1、控制系统线性系统非线性系统串联(频率法)校正并联(频率法)复合控制校正自动控制原理总复习连续系统离散系统描述函数法相平面法负倒描述函数曲线绘制相轨迹建模求传函建模求脉冲传函自振点的稳定性求奇点和极限环振幅、频率计算求运动时间时 域 法 分析根轨迹法稳 定 性 时域分析稳态误差频率特性法暂态响应13第一章自动控制的基本概念一、学习要点1. 自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。2. 控制系统的基本方式：开环控制系统；闭环控制系统；复合控制系统。3. 自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。4. 自动控制系统的类型：从
2、不同的角度可以有不同的分法，常有：恒值系统与随动系统；线性系统与非线性系统；连续系统与离散系统；定常系统与时变系统等。5. 对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。6. 典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。二、基本要求1. 对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。2. 掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。3. 了解控制系统的典型输入信号。常用术语、基本概念基本控制方式反馈控制系统的组成自动控制的基本概念控制系统的分类对控制系统的基本要求由系统工作原理图画方框图控制系统的分类4. 掌握由系统工作原理
3、图画方框图的方法。三、内容结构图被控对象自动控制系统测量、变换元件控制装置运算、放大元件执行机构四、知识结构图按给定量控制方式开环控制方式按扰动量控制方式（顺馈控制）自动控制系统的基本控制方式反馈控制（按偏差控制）按给定量补偿复合控制：按偏+差控制按扰动补偿第二章控制系统的数学模型一、学习要点1. 数学模型的数学表达式形式（1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具拉氏变换及反变换；（3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。2. 数学模型的图形表示（1） 结构图及其等效变换，梅逊公式的应用；（2）信号流图及梅逊公式的应用。二、基本要求1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似
4、性、简化性、动态模型、静态模型、输入变量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入响应、零状态响应等概念有清楚的理解。4、正确理解传递函数的定义、性质和意义。熟练掌握由传递函数派生出来的系统开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数等概念。（）5、掌握系统结构图和信号流图两种数学模型的定义和绘制方法，熟练掌握控制系统的结构图及结构图的简化，并能用梅逊公式求系统传递函数。（）6、传递函数的求取方法：1） 直接法：由微分方程直接得到。2） 复阻抗法
5、：只适用于电网络。3） 结构图及其等效变换，用梅逊公式。4） 信号流图用梅逊公式。三、内容结构图微分方程微分方程（组）的建立及标准化非线性微分方程的线性化牛顿第二定律（达朗伯原理）线性系统微分方程的解及性质定义及性质局限性及表示形式传递函数典型环节的传递函数建立物理系统的传递函数机 理 分析法实 验 辨识法基尔霍夫定律（时域及复域形式）传递函数矩阵线性系统绘制的数学模型 结 构 图 有 关 术 语等效变换规则由微分方程绘制由原理图绘制开环传递函数闭环传递函数串联、并联、反馈引出点、比较点移动规则信号流图梅逊公式绘制有关术语由微分方程绘制由方框图绘制源节点、汇节点、混合节点通路及回路求取代数方程
6、组的解，化简结构图或信号流图四、知识结构图数学、物理规律微分方程组微积分消元法拉氏变换系统原理图微分方程代数方程传递函数拉氏变换代数方程组代数消元法等效变换元部件结构图系统结构图梅逊公式信号流图梅逊公式第三章控制系统的时域分析一、学习要点1. 基本概念：稳定性、时域响应、动态性能指标、误差与稳态误差等。2. 控制系统的稳定性（1） 劳斯稳定判据；（2）赫尔维茨稳定判据。3. 控制系统的动态性能（1） 一阶系统的暂态响应；（2）二阶系统的暂态响应。4. 控制系统的稳态性能（1） 一般概念；（2）误差系数。二、基本要求1. 了解线性定常系统的时域响应组成，熟悉控制系统暂态响应性能指标的定义（）。2
7、. 掌握一阶系统的暂态响应及性能指标，并能根据给出的指标确定满足要求的系统参数 T。（）3. 掌握二阶系统的暂态响应分析及其与极点之间的关系，重点掌握二阶系统的暂态响应性能指标公式及计算，并能根据给出的指标确定满足要求的系统参数z 和wn ，尤其是改善二阶系统动态性能的两种措施。（）（）4. 一般了解高阶系统的暂态响应，掌握闭环主导极点的概念。5. 了解稳定性的概念，掌握线性定常系统稳定的充要条件（）。6. 重点掌握判断稳定性的 Routh 代数判据及应用（）（），对 Hurwitz 判据有一般了解。能根据系统要求确定满足稳定的系统参数范围（）（）。7. 了解稳态误差的概念、定义、产生原因、类
8、型。8. 重点掌握给定稳态误差终值的计算，稳态误差系数的计算，扰动稳态误差终值的计算及减小稳态误差的方法，并能根据系统对稳态误差的要求确定系统参数。（）（）稳劳斯赫尔维茨稳定判据控制系统的时域分析快二阶系统的暂态响应分析及其与极点之间的关系，二阶系统的暂态响应性能指标公式及计算。稳态误差的定义、产生原因、类型准稳态误差终值的计算三、内容结构图四、知识结构图一阶标准式参数 T公式、曲线闭环传递函数（s）二阶标准式参数、n公式、曲线性能指标特征方程代数判据稳定性、稳定域误差传递函数e(s)、en(s)误差象函终值定理稳 态 误 差系统结常除法或泰勒展开数 E（s）动态误差系数 公式构C0、C1、C
9、2图ess= esr+esntesr(t)开环传递函数k(s)系统型别、 开环增益 K公式公式静态误差系数 Kp、Kv、Ka扰动作用点之前传递函数1(s)积分环节数目1、K1第四章控制系统的根轨迹法一、学习要点1. 基本概念（1） 根轨迹定义（2） 根轨迹绘制的基本条件：幅值方程和相角方程。2. 绘制根轨迹的基本法则（1） 常规根轨迹的绘制法则（2） 参量根轨迹绘制（3） 零度根轨迹绘制3. 增加开环零极点对根轨迹的影响4. 利用根轨迹分析系统稳定性；运动形式；主导极点；超调量；调节时间；实数零、极点的影响；偶极子及其处理。二、基本要求1. 重点掌握绘制常规负反馈系统根轨迹的基本条件和基本法则
10、；（）（）2. 理解参量根轨迹和零度根轨迹的绘制；3. 了解多回路控制系统的根轨迹；4. 掌握增加开环零极点对根轨迹的影响；（）常规根轨迹绘制参量根轨迹根轨迹绘制根轨迹分析法广义根轨迹绘制零度根轨迹滞后系统根轨迹根轨迹应用5. 能根据根轨迹分析系统性能随参数变化的趋势。（） 三、内容结构图四、知识结构图相角方程模值方程闭环极点的 K稳态误差系统结构图开环传递函数法则根轨迹（常规、广义）稳定性、稳定域主导极点估算性能指标系统响应运动形式第五章控制系统的频率特性一、学习要点1. 频率特性的定义2. 频率特性的几何表示（1） 极坐标图或奈奎斯特图（Nyquist 图）（2） 对数频率特性曲线（Bod
11、e 图）3. 典型环节的频率特性及最小相位系统（1） 典型环节频率特性（2） 最小相位系统与非最小相位系统4. 稳定判据（1） 奈奎斯特稳定判据（2） 对数频率特性的稳定判据5. 开环频域指标（1） 幅值裕度（2） 相角裕度6. 闭环频域指标（1） 零频幅值 M(0)（2） 带宽频率wb（3） 谐振峰值 Mr 和谐振频率wr（4） 闭环系统频域指标与时域指标的关系7. 开环对数频率特性与时域性能指标：（1） 三频段的概念（2） 开环系统频域指标与时域性能指标的关系二、基本要求1. 正确理解频率特性的概念，掌握典型环节的频率特性并运用频率特性分析系统的稳态响应。（）2. 熟练掌握绘制开环系统 N
12、yquist 图和 Bode 图的方法，会求剪切频率wc （）（）。3. 重点掌握奈奎斯特稳定判据及其在系统分析中的应用。（）（）4. 重点掌握相角裕度、幅值裕度的计算。（）（）5. 掌握开环对数频率特性与系统性能之间的关系，正确理解三频段的概念。（）6. 正确理解并掌握用实验数据确定传递函数，由最小相位系统的 Bode 图确定系统的传递函数的方法，会求开环放大系数 K 。（）（）三、内容结构图定义频率特性极 坐 标 图(Nyquist 图)频率特性图形表示对数频率特性图（Bode 图）Nyquist 判据频域分析法稳定性判据（绝对稳定性）稳定性分析对数判据稳定裕度（相对稳定性）相角裕度幅值裕
13、度二阶系统时域指标计算动态性能分析高阶系统时域指标估算系统结构、参数奈奎斯特稳定判据开环传递函数 G（s）s=j开环频率特性 G（j）开环幅相曲线判别稳定域系统结构图对数频率稳定判据典型环节频率特性开环对数频率特性曲线闭环传递函数（s）s=j 闭环频率特性（ ）公式j闭环频域指标Mr、r、b开环频域指标c、h公式 时域指标微分方程s=p控制系统j=p传递函数频率特性s = jw四、知识结构图第 6 章控制系统的校正一、学习要点1. 控制系统校正的一般概念2. 控制系统的性能指标3. 校正方法频率法，根轨迹法4. 校正方式1）串联校正；2）反馈校正；3）串联反馈校正；4）前馈补偿校正（复合控制）
14、。5. 基于频率响应法的串联校正 1）串联超前校正；2）串联滞后校正；3）串联滞后超前校正； 4）三种串联校正方法的特点与作用；5）串联校正的希望特性法。二、基本要求1. 熟悉典型的无源校正装置，掌握校正网络的频率特性及其作用。2. 正确选择校正网络。3. 掌握串联校正的频率设计方法，重点掌握三种串联校正方式的特点与作用（）（）。4. 重点掌握期望特性的求取方法及串联校正的期望特性法。（）（）5. 重点掌握校正前后相角裕度、幅值裕度的计算。（）（）超前校正线性系统校正串联校正滞后校正反馈校正滞后超前校正复合校正6. 了解反馈校正的频率设计法。三、内容结构图串联超前校正串联校正串联滞后校正校正方
15、式反馈校正滞后超前校正复合校正无源校正装置校正校正装置有源校正装置PID 控制器分析法（试探法）频率法校正设计方法综合法（期望特性法）根轨迹法四、知识结构图系统结构图开环传递函数 G(s)计算、判稳稳定性,时域指标,频域指标满足期望指标吗Y结束N校正计算 校正方式网络校正后开环传递函数计算校正后性能指标满足期望指标吗YN系统结构图开环传递函数 G(s)计算、判稳稳定性,时域指标,频域指标满足期望指标吗Y结束N绘制期望特性校正网络校正后开环传递函数计算校正后性能指标满足期望指标吗Y修改参数N第七章线性离散控制系统一、学习要点1. 基本概念：连续信号、离散信号、离散系统、采样过程、采样开关、保持器
16、。2. 采样：（1）采样过程；（2）香农采样定理；（3）零阶保持器。3. 离散系统的数学模型：（1）差分方程；（2）数学工具z 变换；（3）脉冲传递函数。3. 系统分析（1） 离散系统稳定性分析（2） 准确性分析（离散系统的稳态误差分析）（3） 快速性分析与时间响应（4） 校正：校正方法，数字校正装置的实现，最少拍系统的校正，无稳态误差的最少拍系统的校正二、基本要求1、掌握离散控制系统的相关概念及离散控制系统与连续控制系统的主要区别。2、掌握 z 变换、z 反变换的概念及其主要性质。3、充分理解采样定理及采样周期对离散控制系统的影响。4、理解零阶保持器的具体含义及作用，熟悉零阶保持器的传递函数
17、、频率特性及特点。5、重点掌握脉冲传递函数的概念及其求解离散控制系统开环、闭环脉冲传递函数的方法。（）（）6、正确理解离散控制系统稳定性的含义及其稳定的充要条件，熟练掌握离散控制系统的稳定性判断方法，能根据系统要求确定满足稳定性的系统参数范围。（）（）7、重点掌握计算离散控制系统的稳态误差方法。（）（）8、了解离散控制系统极点分布与系统瞬态响应之间的关系，能根据给定输入求取离散控制系统的时间响应。9、正确理解离散系统的校正方法和数字校正装置的实现方法；能对离散系统进行最少拍系统的校正和无稳态误差的最少拍系统的校正。基本概念采样过程离散控制系统脉冲传函数学模型差分方程稳定性分析系统分析准确性分析
18、快速性分析系统校正最少拍校正三、内容结构图四、知识结构图输出脉冲序列 c(nT)闭环脉冲传递函数（z）输出 z 变换 C(z)系统结构图特征方程稳定判据 稳定性、稳定域终值定理误差 z 变换E（z）稳态误差e()z 反变换误差脉冲序列 e(nT)t开环脉冲传递函数G（z）公式静态误差系数Kp、Kv、Ka法则系统根轨迹第八章非线性控制系统分析一、学习要点1. 非线性系统的特点2. 典型非线性环节及其对系统性能的影响3. 非线性系统分析（1） 描述函数法：描述函数的应用前提、自振的分析及计算。（2） 相平面法：基本概念：相平面、相轨迹、奇点、平衡点、相轨迹的走向、极限环等。相轨迹描述方法：解析法、
19、等倾线法。二、基本要求1、从系统组成、数学描述、动态过程及分析方法等几方面来正确理解线性系统和非线性系统的基本概念和本质区别。2、正确理解描述函数法的基本概念和应用前提。3、利用描述函数法能够对系统作定性分析及求出一般近似解。4、掌握负倒描述函数曲线的绘制方法。（）5、重点掌握基于描述函数法计算系统自振参数及判断系统稳定性的方法。（）6、正确理解相平面法的基本概念和特点。7、掌握开关线、奇点及其类型、极限环等概念，尤其能判断奇点及其类型。基本概念稳定性运动形式基本特征自持振荡非线性控制系统分析频率响应相平面相轨迹相平面法平衡点极限环解析法相轨迹绘制法等 倾 线分析方法系统运动分析d 法定义应用前提描述函数法典型非线性环节描述函数14稳定性判断8、掌握线性系统和非线性系统的相轨迹绘制方法（解析法、等倾线法）。三、内容结构图负倒描述函数非线性系统典型结构图-1N ( A)曲线稳定性稳定域自振、A非线性系统结构图线性部分频率特性 G（j）各区域等倾线方程等倾线分段线性微分方程各区域相轨迹方程dx&积分 相轨迹运动方程相轨迹相应曲线时间间隔超调量稳态误差非线性微分方程x&=00奇点奇点处线性化方程特征根位置奇点及其类型四、知识结构图15
