自控原理C考试复习大纲.ppt

《 自动控制原理 C》 考试复习大纲v第一章 自动控制的一般概念v知识点 ：v控制系统的一般概念：名词术语、 控制系统的分类、组成 典型外作用、 对控制系统的基本要求 v基本要求：v掌握反馈控制的基本原理 v根据系统工作原理图绘制方块图 1本章所涉及的自动控制方面的基本概念，是以后课程学习的基础，有关内容在诸如问答、填空和选择类型的考题中常会涉及在掌握基本概念的基础上，还应熟悉线性定常系统微分方程的特点，并通过练习，掌握由系统工作原理图画出方框图的方法Ø主要考点2第二章 控制系统的数学模型 v知识点：v控制系统动态微分方程的建立、 拉普拉斯变换法求解线性微分方程的零初态响应与零输入响应 v运动模态的概念、 传递函数的定义和性质、典型元部件传递函数的求法 v系统结构图的绘制、等效变换、梅森公式在结构图和信号流图中的应用 v基本要求：v利用复阻抗的概念建立无源网络的结构图 ;利用复阻抗的概念建立有源网络的传递函数v熟悉控制系统常用元部件的传递函数 v掌握控制系统结构图的绘制方法及串联、并联、反馈三种基本等效变换 v用等效变换方法或梅森公式求系统结构图或信号流图的各种传递函数 3l建立控制系统的微分方程；l传递函数的概念；l结构图等效变换及求复杂系统的传递函数。

Ø主要考点4例 1:试用结构图等效变换法化简下图系统的传递函数 )(1 sG)(sR )(sC)(2 sG )(4 sG)(3 sG)(2 sH)(1 sH5 解 :)(1 sG)(sR )(sC)(2 sG )(4 sG)(3 sG)()()(212sGsGsH)()()(411sGsGsH6 7例 2: 两级 RC滤波网络的结构图如图所示，试采用结构图等效变换法化简结构图步骤一 : 向左移出相加点，向右移出分支点-++-+Uo(s)- 11R sC1121R sC21Ui(s)8步骤二 :化简两个内部回路，合并反馈支路 步骤三 : 反馈回路化简9[解 ]：结构图等效变换如下：例 3:系统结构图如下，求传递函数 -+相加点移动-+10-+11第三章 线性系统的时域分析法 v知识点：v控制系统时域动态性能指标的定义与计算 v误差的定义与稳态误差的计算 v系统稳定性的定义与判断法则 v系统动态性能分析 v基本要求：v一阶系统阶跃响应的求法、一阶系统动态性能指标的计算公式推导 v典型欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算、性能指标与特征根的关系 v改善二阶系统动态性能指标的方法 v主导极点与偶极子的概念及其应用 v劳斯判据及其应用 v静态误差系数、系统型别、稳态误差的计算 v扰动引起的误差的定义与计算方法 v减小和消除稳态误差的方法 12Ø主要考点系统的稳定性分析，稳态误差计算和动态性能指标计算是系统分析的基本任务，也是本课程的必考内容。

通常的考点有：l用劳斯判据判定系统的稳定性或确定使系统稳定的参数范围；l利用静态误差系数法或一般方法求系统的稳态误差；l计算二阶系统（特别是典型欠阻尼二阶系统）的动态性能指标；l给定系统的性能指标或典型响应特性，反过来确定系统参数13例 1: 设题 1图（ a）所示系统的单位阶跃响应如图（ b）所示试确定系统参数 和 a 解 : 由系统阶跃响应曲线有14系统闭环传递函数为 :由 联立求解得 （ 1） 由式（ 1） 得另外 15例 2: 系统结构图如下图所示已知系统单位阶跃响应的超调量 ，峰值时间 （秒） ；(1).求系统的开环传递函数 ;(2).求系统的闭环传递函数 ; (3).根据已知的性能指标 , 确定系统参数 及 ；(4).计算等速输入 （度 /秒）时系统的稳态误差 解 （ 1） （ 2） （ 3）由 联立解出 比较得 :17（ 4） 18例 3: 单位反馈系统的开环传递函数为 1.试确定闭环系统稳定时参数 K的取值范围 ;2.为使系统特征根的实部不大于 -1，试确定 K的取值范围。

解 :1. 闭环特征方程为： 闭环系统稳定条件： 120-K>0,K>0 劳斯表： 192.做代换 有：由劳斯判据得 :18-K>0,K-8>0 劳斯表：20第四章 线性系统的根轨迹法v知识点：v根轨迹的基本概念 v根轨迹的模值条件与相角条件 v根轨迹绘制的基本法则 v广义根轨迹 v系统性能的分析 v基本要求： v由系统的特征方程求开环增益从零到无穷变化时的根轨迹（ 或开环零点、或开环极点从零到无穷变化） v根轨迹的模值方程与相角方程的几何意义 v零度根轨迹与 180度根轨迹的绘制法则 v由根轨迹分析系统稳定性、分析参数变化对系统运动模态的影响 21Ø主要考点 l绘制根轨迹（包括求分离点、临界阻尼对应的 K*值；与虚轴交点及临界稳定的根轨迹增益）；l利用根轨迹法确定系统稳定的 K*（或 K）值范围；确定某一 K*值对应的闭环极点22例 1:单位反馈系统的开环传递函数 （ 1） . 试概略绘出系统根轨迹（求出渐近线，分离点，与虚轴交点）；（ 2） . 确定系统（相应主导极点）为欠阻尼状态时K 的范围231).实轴上的根轨迹： 2).渐近线 : 3). 分离点： 解之得：解 :(1)(舍去 ) 244).虚轴的交点：特征方程为 :虚轴的交点为 : 25（ 2） .依题有：26第五章 线性系统的频域分析法v知识点：v频率特性的概念及其图示法 v开环频率特性的绘制 v奈奎斯特稳定判据和对数稳定判据 v稳定裕度 v基本要求 ： v 频率特性的计算方法（切记：稳定系统正弦响应的稳态分量，是与输入同频率的正弦信号，其幅值和相角均随输入信号的频率而改变；其稳态误差也是与输入同频率的正弦信号，其幅值和相角也随输入正弦的频率而改变） v 典型环节的频率特性，其中振荡环节的两组特征点要记住 v 开环系统幅相曲线的绘制、对数频率特性曲线的绘制，对数坐标系的应用 v 由最小相位系统的对数幅频渐近曲线求传递函数的方法 v 奈奎斯特稳定判据及对数稳定判据 v 稳定裕度的物理意义及计算方法 27Ø本章主要考点 l应用频率特性计算系统的稳态响应；l绘制开环系统的奈奎斯特曲线和伯德图，并由此判断闭环系统的稳定性；l计算系统的相角裕度和幅值裕度；l根据最小相位系统的对数幅频特性曲线，确定系统的传递函数；l根据系统的频域指标估算时域动态性能。

28例 1:单位反馈系统的开环传递函数为： 试用奈氏稳定判据判断闭环系统的稳定性29解 : 绘制系统开环幅相曲线 令 解出 代入 表达式 得出： 与实轴的交点： 根据奈氏判据有 :所以闭环系统不稳定 30例 2:已知一最小相位系统开环对数幅频特性如下图所示，试写出系统开环传递函数31解 :32 自动控制原理 C模拟试题 一、 （ 10分） 下图所示电路，求 33一 、 解 :34二、 （ 15分） 试用结构图等效化简下图系统的传递函数 解：结构图等效变换如下：35-+36阶跃响应的峰值时间 tp，超调量 Mp，调节时间 tsR(s) E(s)-C(s)图 3三、（ 15分） 设控制系统 如图 3 所示 ,试求37将上式与 标准 的二阶 系统相比较得：解得 :解解 : 系统的闭环传递函数为：系统的闭环传递函数为：38峰值时间： 超调量：调节时间： （秒）（秒）（秒）（秒）39四、 （ 15分） 闭环 系统的特征方程为：试用劳 斯 稳定判据判断系统的稳定性解 :列劳 斯 表 :系统不稳定，有两个正实部根40五、 （ 15分） 单位反馈系统的开环传递函数 试概略绘出系统根轨迹（求出渐近线，分离点，与虚轴交点） 。

411).实轴上的根轨迹： 2).渐近线 : 3). 分离点： 解之得：五 、 解 :(舍去 ) 424).虚轴的交点：闭环特征方程为 :交点为 : 43六、 （ 15分）已知一最小相位系统开环对数幅频特性渐近线如下图所示，试写出系统开环传递函数44六 、 解 :45七 、 （ 15分） 单位 反馈系统的开环传递函数为：右半 S平面开环极点数 P=0,奈 奎斯特曲线 顺时针顺时针 包围（ -1， j0)点的 圈 数为 :N=2根据奈氏判据 Z=P+N=2 , 所以闭环 系统不稳定系统不稳定 解 :绘制系统开环幅相曲线 试用奈氏稳定判据判断闭环系统的稳定性与负实轴的交点 :46。