上海應用技術(shù)大學(xué)自動(dòng)控制原理

科目名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理

適用專(zhuān)業(yè)：控制理論與控制工程

參考書(shū)目：《自動(dòng)控制原理》丁肇紅等，西安電子科技大學(xué)出版社;

《自動(dòng)控制原理習題解析》丁肇紅等，西安電子科技大學(xué)出版社;

考試時(shí)間：3小時(shí)

考試方式：筆試

總　　分：150分

考試范圍：只考經(jīng)典控制理論(不包含非線(xiàn)性部分)。

第一章 緒論

1. 重點(diǎn)掌握自動(dòng)控制系統的工作原理、自動(dòng)控制系統的組成與幾種不同分類(lèi)。

2. 重點(diǎn)掌握通過(guò)實(shí)例分析反饋控制的工作原理和框圖表示，基本控制方式和對控制系統的基本要求。

第二章 線(xiàn)性系統的數學(xué)模型

控制理論的兩大任務(wù)是系統分析與系統設計，系統分析和設計中首先要建立被研究系統的數學(xué)模型。本章主要給出經(jīng)典控制理論使用的系統數學(xué)模型——傳遞函數的建立。

本章要求：

1.掌握的概念：傳遞函數;極點(diǎn)、零點(diǎn);開(kāi)環(huán)傳遞函數、閉環(huán)傳遞函數、誤差傳遞函數;典型環(huán)節的傳遞函數。

2.重點(diǎn)掌握建立電氣系統、機械系統的微分方程和傳遞函數模型的方法。

3.重點(diǎn)掌握方框圖化簡(jiǎn)或信號流圖梅森增益公式獲得系統傳遞函數的建模方法。

第三章 控制系統時(shí)域分析

根據研究系統采用的不同數學(xué)模型，分析方法是不同的，本章給出利用系統傳遞函數數學(xué)模型求取時(shí)間響應的系統時(shí)域分析法。主要是分析系統的三大基本性能，即系統的穩(穩定性)、準(準確性)、快(快速性)。穩定性是系統工作的必要條件;快速性和相對穩定程度(振蕩幅度)是評價(jià)系統動(dòng)態(tài)響應的性能指標;準確性是指系統穩態(tài)響應的穩態(tài)精度，用穩態(tài)誤差來(lái)衡量，需注意：討論的穩態(tài)誤差是指由輸入信號和系統結構引起的系統穩態(tài)時(shí)的誤差。

本章要求：

1.掌握的概念：穩定性;動(dòng)態(tài)(或暫態(tài))性能指標(最大超調量、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調整時(shí)間);穩態(tài)(靜態(tài))性能指標(穩態(tài)誤差);一階、二階系統的主要特征參量;欠阻尼、臨界阻尼、過(guò)阻尼系統特點(diǎn);主導極點(diǎn)。

2.重點(diǎn)掌握系統穩定性判別(Routh判據);穩態(tài)誤差終值計算(包括三個(gè)穩態(tài)誤差系數Kp、Kv、Ka的計算);二階系統動(dòng)態(tài)性能指標計算和單位階躍響應。

第四章 根軌跡法

閉環(huán)系統特征方程的根(系統閉環(huán)極點(diǎn))在S平面的分布完全決定了系統的穩定性、主要決定了系統的動(dòng)態(tài)性能，因此利用根軌跡(閉環(huán)系統特征方程的根隨系統參數變化在S平面所形成的軌跡)可對系統性能進(jìn)行分析。根軌跡法是經(jīng)典控制理論系統分析與設計的兩大主要方法之一，是利用開(kāi)環(huán)傳遞函數分析閉環(huán)系統性能。根軌跡繪制依據根軌跡方程(由根軌跡方程演變?yōu)槔L制根軌跡的基本條件、基本規則)。根軌跡方程的不同導致了180度(負反饋)根軌跡和零度(正反饋)根軌跡的分類(lèi)，系統變化參數的不同導致了常規根軌跡和參數根軌跡的分類(lèi)。

本章要求：

1.掌握的概念：根軌跡;常規根軌跡;相角條件、幅值條件;根軌跡增益。

2.重點(diǎn)掌握常規根軌跡的繪制法則及對控制系統分析，利用根軌跡的相角條件導出根軌跡所滿(mǎn)足的方程和利用幅值條件求根軌跡增益。

3.掌握增加開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)對根軌跡的影響;利用根軌跡分析系統穩定性與具有一定的動(dòng)態(tài)響應特性(如衰減振蕩、無(wú)超調等特性)的方法。

4. 掌握參量根軌跡的繪制。

第五章 控制系統頻域分析

頻域分析是經(jīng)典控制理論系統分析與設計的另一主要方法，使用的系統數學(xué)模型是頻率特性。頻率特性描述了正弦輸入作用下系統穩態(tài)響應的幅值和相位與輸入信號幅值和相位之間的關(guān)系，其表現形式是以jω代替傳遞函數G(s)中的s而得到的G(jω)。頻域分析方法包括采用開(kāi)環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統性能和

直接采用閉環(huán)頻率特性分析系統性能，但主要是指利用開(kāi)環(huán)頻率特性的分析方法。頻域分析是一種圖解分析方法，利用開(kāi)環(huán)頻率特性的幅相頻率特性圖(Nyquist圖)和對數頻率特性圖(Bode圖)分析系統性能(穩定性、動(dòng)態(tài)性能、穩態(tài)性能);系統的動(dòng)態(tài)性能指標是頻域指標(幅值穿越頻率、相角穿越頻率和相角裕度、幅值裕度等)，與時(shí)域指標(超調量、調整時(shí)間)有著(zhù)密切關(guān)系。

本章要求：

1.掌握的概念：頻率特性;開(kāi)環(huán)頻率特性、閉環(huán)頻率特性;最小相位系統;幅值穿越頻率(剪切頻率)、相角穿越頻率、相角裕度、幅值裕度;諧振頻率、諧振峰值;截止頻率、頻帶寬度;三頻段。

2.重點(diǎn)掌握開(kāi)環(huán)頻率特性Nyquist圖、Bode圖的繪制;由Bode圖確定系統傳遞函數。

3.重點(diǎn)掌握Nyquist穩定判據;借助Bode圖對幅值、相角穿越頻率和幅值、相角裕度的計算。

第六章 控制系統的校正

當系統的性能指標達不到要求時(shí)，就要給系統加入一些附加裝置，使系統的性能達到規定指標的要求，所引入的裝置稱(chēng)為校正裝置，相應的設計校正裝置的過(guò)程稱(chēng)為校正。根據校正裝置的作用分為相位滯后校正、相位超前校正和相位滯后—超前校正裝置;按校正裝置在系統中所處的位置校正方式分為串聯(lián)校正、并聯(lián)校正和反饋校正。校正設計采用的方法為頻率法校正。

本章要求：

1.掌握的概念：校正實(shí)質(zhì);校正方式;校正裝置類(lèi)型、特性與作用。

2.重點(diǎn)掌握基于頻率法的滯后校正、超前校正、滯后-超前校正方法。

3. 重點(diǎn)掌握頻率特性法確定串聯(lián)校正裝置的方法，注意與第五章中利用Bode圖分析系統方法的綜合運用。

4. 重點(diǎn)掌握PID控制器的原理、特點(diǎn)和作用。

第七章 離散控制系統分析

隨著(zhù)計算機的迅速發(fā)展，計算機作為控制器已廣泛應用于工業(yè)系統中，稱(chēng)為計算機控制系統。計算機只在特定的間斷時(shí)間點(diǎn)上接受數據，因此必須研究離散控制系統。

本章要求：

熟悉離散系統z變換、離散系統數學(xué)模型求取、采樣定理。

2.重點(diǎn)掌握差分方程和脈沖響應。

2.重點(diǎn)掌握開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數和閉環(huán)脈沖傳遞函數求取，離散系統的穩定性和穩態(tài)誤差的計算，動(dòng)態(tài)性能分析。