徐海学院2015自控原理复习提要.doc

中国矿业大学徐海学院201～201学年第1学期 自动控制原理复习提要 (仅供复习参考) 一、本章知识点 1、自动控制系统定义、分类； (1) 自动控制的定义：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置（控制器），使机器、设备或生产过程（被控对象）的某一工作状态或参数（被控量）自动按照预定的规律运行。 (2) 自动控制的分类： ① 按控制方式不同：开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统； ② 按被控对象不同：运动控制系统和过程控制系统； ③ 按数学模型不同：线性和非线性系统、时变和定常系统； 2、开环控制系统的定义、结构框图、优缺点； 定义：系统的控制输入量不受输出量影响的控制系统。 结构框图： 优缺点：结构简单、调整方便、成本低。顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差的能力，抗扰动性较差。 3、闭环控制系统的定义、结构框图、优缺点； 定义：采用负反馈并利用偏差进行控制的系统。 结构框图： 优缺点：为偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响，控制精度高。但是结构复杂，成本高；系统设计、分析麻烦。 4、对自动控制系统的基本要求。 稳定性、快速性、准确性。 第二章 控制系统的数学模型 一、本章知识点 1、系统建模方法以及常用数学模型； 常用数学模型：微分方程（时域模型）、传递函数（复域模型）、频率特性（频域模型）。 2、线性系统的微分方程的建立； （2）、按信号传递顺序，列写各环节动态方程； （3）、消去中间变量，导出只有输入输出量的微分方程； （4）、整理微分方程，输出放在左侧，输入放在右侧，各阶导数按从高到低的顺序排列。 3、传递函数的概念性质 概念：线性系统或元件在复数域内的数学模型； 典型环节的传递函数： （1）、比例环节： （2）、惯性环节： （3）、积分环节：（4）、微分环节： （5）、一阶微分： （6）、延时环节：（7）、二阶微分： （8）、振荡环节： 4、控制系统的方框图及其等效变换； 详见例题 5、运用公式求系统的传函。 二、例题 例1：某系统方框图如下所示，求系统的闭环传递函数。（方框图等效或梅森公式均可） 第三章 线性系统的时域分析法 一、本章知识点 1、系统的动态性能与稳态性能指标； 稳态性能指标： 动态性能指标： （1）、延时时间：响应曲线第一次达到稳态值的一半所需的时间 （2）、上升时间：响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需的时间； （3）、峰值时间：响应曲线超过终值到达第一个峰值所需要的时间； （4）、调节时间：响应曲线达到并永远保持在稳态值的百分数5% (或2%)所需的最短时间； （5）、超调量：指响应的最大值c(tp)和稳态值c(∞)之差的百分比。 2、一阶、二阶系统的数学模型和典型响应的性能指标 （1）、一阶系统数学模型： 模拟电路： 数学模型： （2）、一阶系统的单位阶跃响应 数学模型： 性能指标：、、、 单位阶跃响应曲线： （3）、二阶系统数学模型： 方框图： 数学模型： 开环传函： 闭环传函： （4）、二阶系统的单位阶跃响应()（重点考察内容） 数学模型： 性能指标： 欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应曲线： 3、线性系统稳定的充要条件、运用代数稳定判据(劳思判据)判定系统稳定性分析计算； (1) 线性系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环传递函数的极点均分布在复平面的左半部。 (2) 系统稳定的必要条件：系统特征方程次数不缺项、系统特征方程系数符号一致（全为正）。 (3) 劳斯判据：，列写劳斯表： 判断系统稳定性： ① 如果劳斯表中第一列的系数均为正值，则其特征方程式的根都在S的左半平面，相应的系统是稳定的。 ② 如果劳斯表中第一列系数的符号有变化，其变化的次数等于该特征方程式的根在S的右半平面上的个数，相应的系统为不稳定。 ③ 在应用劳斯判据时，有可能会碰到以下两种特殊情况。 ·劳斯表某一行中的第一项等于零，而该行的其余各项不等于零或没有余项，这种情况的出现使劳斯表无法继续往下排列。解决的办法是以一个很小的正数来代替为零的这项，据此算出其余的各项，完成劳斯表的排列。 则表示相应方程中含有一些大小相等符号相反的实根或共轭虚根。这种情况，可利用系数全为零行的上一行系数构造一个辅助多项式，并以这个辅助多项式导数的系数来代替表中系数为全零的行。完成劳斯表的排列。 4、线性系统的稳定误差的计算。 (2) 稳态误差的计算： ① 阶跃输入信号下的稳态误差： ② 速度（斜坡）输入信号下的稳态误差： ③ 加速度输入信号下的稳态误差： 二、例题 1、已知单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线如下图所示，1)求阻尼比和自然振荡频率；2)写