自动控制原理与系统

《自动控制原理与系统》复习提要

教材：《自动控制原理与系统》 孔凡才（第3版） 考核方式：闭卷考试

考试题型：客观题：包括填空，选择，约占25% 主观题：包括简答（约占10~20%），证明，计算 考核时间：待定

考核内容：自动控制原理 自动控制系统

第一章 自动控制系统概述

考试题型：选择/填空/简答 考核内容：

1 什么是自动控制

所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。 2 自动控制系统的分类

按输入量的变化规律分：恒值控制系统，随动系统和过程控制系统； 按系统中传输的信号类型分：连续控制系统和离散控制系统 按系统的输出量和输入量之间的关系分：线性系统和非线性系统 按系统中的参数对时间的变化情况分：定常系统和时变系统 3 开环控制系统和闭环控制系统的定义，特征

输出量与输入量之间没有反向联系，只靠输入量对输出量单向控制的系统叫开环控制系统（Open-loop Control System）。系统输出量通过反馈环节返回作用于控制部分形成闭合回路的系统叫闭环控制系统（Close-loop Control System）。

4自动控制系统的主要组成部分及其在系统中的作用 5对自动控制系统性能指标的基本要求

一 稳，意谓系统稳定性好，动态过程的超调和振荡小 二 准 意谓系统稳态性能好，无静差或静差小

三 快 意谓系统失稳后调整时间短，能尽快恢复或达到新的稳定状态 6系统的稳态性能指标和动态性能指标的含义

第二章 拉普拉斯变换及其应用

本章不单独出题

记表2-1的1， 2，其它公式在需要使用时由试卷给出

第三章 自动控制系统的数学模型

考试题型：选择/填空/简答 考核内容：

1 什么是自动控制系统的传递函数

线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数 。

2 自动控制系统的常用数学模型有哪几种

微分方程 传递函数

系统框图（方框图）

3 典型环节的数学模型（可与第四章相关内容合看） 考试题型：证明/计算 考核内容：

1 系统框图的化简

2 系统闭环传递函数的求取

第四章 分析自动控制系统性能常用的方法

考试题型：证明/计算 考核内容：

1 二阶系统的阶跃响应曲线

2 已知系统开环传递函数绘制开环对数幅频/相频特性曲线（折线）或相反 注：可能与第五章综合

第五章 自动控制系统的性能分析

考试题型：选择/填空/简答 考核内容：

1 系统稳定性的定义

系统的稳定性(Stability)是指系统工作在平衡状态,受到扰动偏离了平衡状态，扰动消失

之后，经过足够长的时间,系统能够恢复到平衡状态，称系统是稳定的。稳定性只由结构、参数决定，与初始条件及外作用无关。 2 系统稳定的充要条件

系统稳定的充要条件是：特征方程的所有的根的实部都必须是负数。亦即所有的根都在复平面的左侧。

3 系统稳态误差和动态误差

系统的稳态误差由跟随误差和扰动误差两部分组成。它们不仅和系统的结构、参数有关，而且还和作用量(输入量和扰动量)的大小、变化规律和作用点有关。

考试题型：证明/计算 考核内容：

1 系统稳定性判据 应用对数频率判据判别系统稳定与否 2 相位稳定裕量的求取

3 系统跟随动态指标的求取

最大超调量

上升时间

调整时间

振荡次数

e

tr

ts

3(或4)

d

n

6(或8)T

1ln

N1.5(或2)

第六章 自动控制系统的校正

考试题型：填空/选择 考核内容：

1 什么是系统校正？系统校正有哪些类型？

在系统中加入一些参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统的整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。

系统校正可分为串联校正，反馈校正和顺馈补偿。串联校正的常用控制律有比例（P）校正，比例-微分（PD）校正，比例-积分（PI）校正和比例-积分-微分（PID）校正；反馈校正可分为比例反馈校正（硬反馈）和微分反馈校正（软反馈）；顺馈补偿校正又可分为按扰动进行补偿和按输入进行补偿。

2 比例串联校正调整系统的什么参数，它对系统性能产生什么影响？

比例串联校正调整系统的增益。降低增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。增加增益，系统性能变化与上述相反。

考试题型：计算 考核内容：

校正前后系统性能分析

第七章 直流调速系统

考试题型：填空/选择 考核内容：

1 直流调速系统的优缺点

考试题型：简答 考核内容：

转速、电流双闭环直流调速系统的调节过程（P182页图）

第八章 交流调速系统

考试题型：填空/选择 考核内容：

交流调速系统有哪些调速方案？

交流调速的方案有：改变极对数P的变极调速（有级调速），改变转差率S的变转差率调速和变频调速。其中变频调速是调节同步转速，可以从高速到低速都保持很小的转差率，效率高，调速范围大，精度高，是交流电动机一种比较理想的调速方案。变频控制方式上有变压变频调速，矢量控制变频调速和直接转矩控制变压变频调速等几种。

第九章 位置随动系统

考试题型：填空/选择 考核内容：

1 什么是位置随动系统？

又称跟随系统或伺服系统。它主要解决有一定精度的位置自动跟随问题。 2 位置随动系统与调速系统相比，有什么特点？

1) 输出量为位移，而不是转速。

2) 输入量是在不断变化着的(而不是恒量)，它主要是要求输出量能按一定精度跟随输入量的变化。而调速系统则主要是要求系统能抑制负载扰动对转速的影响。

3) 供电电路应是可逆电路，使伺服电动机可以正、反两个方向转动，以消正或负的位置偏差。而调速系统可以有不可逆系统。

4) 位置随动系统的主环为位置环，调速系统的主环为速度环。

5) 位置随动系统的技术指标，主要是对单位斜坡输入信号的跟随精度(稳态的和动态的)，其他还有最大跟踪速度、最大跟踪加速度等。

《自动控制原理与系统》复习提要

教材：《自动控制原理与系统》 孔凡才（第3版） 考核方式：闭卷考试

考试题型：客观题：包括填空，选择，约占25% 主观题：包括简答（约占10~20%），证明，计算 考核时间：待定

考核内容：自动控制原理 自动控制系统

第一章 自动控制系统概述

考试题型：选择/填空/简答 考核内容：

1 什么是自动控制

所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。 2 自动控制系统的分类

按输入量的变化规律分：恒值控制系统，随动系统和过程控制系统； 按系统中传输的信号类型分：连续控制系统和离散控制系统 按系统的输出量和输入量之间的关系分：线性系统和非线性系统 按系统中的参数对时间的变化情况分：定常系统和时变系统 3 开环控制系统和闭环控制系统的定义，特征

输出量与输入量之间没有反向联系，只靠输入量对输出量单向控制的系统叫开环控制系统（Open-loop Control System）。系统输出量通过反馈环节返回作用于控制部分形成闭合回路的系统叫闭环控制系统（Close-loop Control System）。

4自动控制系统的主要组成部分及其在系统中的作用 5对自动控制系统性能指标的基本要求

一 稳，意谓系统稳定性好，动态过程的超调和振荡小 二 准 意谓系统稳态性能好，无静差或静差小

三 快 意谓系统失稳后调整时间短，能尽快恢复或达到新的稳定状态 6系统的稳态性能指标和动态性能指标的含义

第二章 拉普拉斯变换及其应用

本章不单独出题

记表2-1的1， 2，其它公式在需要使用时由试卷给出

第三章 自动控制系统的数学模型

考试题型：选择/填空/简答 考核内容：

1 什么是自动控制系统的传递函数

线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数 。

2 自动控制系统的常用数学模型有哪几种

微分方程 传递函数

系统框图（方框图）

3 典型环节的数学模型（可与第四章相关内容合看） 考试题型：证明/计算 考核内容：

1 系统框图的化简

2 系统闭环传递函数的求取

第四章 分析自动控制系统性能常用的方法

考试题型：证明/计算 考核内容：

1 二阶系统的阶跃响应曲线

2 已知系统开环传递函数绘制开环对数幅频/相频特性曲线（折线）或相反 注：可能与第五章综合

第五章 自动控制系统的性能分析

考试题型：选择/填空/简答 考核内容：

1 系统稳定性的定义

系统的稳定性(Stability)是指系统工作在平衡状态,受到扰动偏离了平衡状态，扰动消失

之后，经过足够长的时间,系统能够恢复到平衡状态，称系统是稳定的。稳定性只由结构、参数决定，与初始条件及外作用无关。 2 系统稳定的充要条件

系统稳定的充要条件是：特征方程的所有的根的实部都必须是负数。亦即所有的根都在复平面的左侧。

3 系统稳态误差和动态误差

系统的稳态误差由跟随误差和扰动误差两部分组成。它们不仅和系统的结构、参数有关，而且还和作用量(输入量和扰动量)的大小、变化规律和作用点有关。

考试题型：证明/计算 考核内容：

1 系统稳定性判据 应用对数频率判据判别系统稳定与否 2 相位稳定裕量的求取

3 系统跟随动态指标的求取

最大超调量

上升时间

调整时间

振荡次数

e

tr

ts

3(或4)

d

n

6(或8)T

1ln

N1.5(或2)

第六章 自动控制系统的校正

考试题型：填空/选择 考核内容：

1 什么是系统校正？系统校正有哪些类型？

在系统中加入一些参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统的整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。

系统校正可分为串联校正，反馈校正和顺馈补偿。串联校正的常用控制律有比例（P）校正，比例-微分（PD）校正，比例-积分（PI）校正和比例-积分-微分（PID）校正；反馈校正可分为比例反馈校正（硬反馈）和微分反馈校正（软反馈）；顺馈补偿校正又可分为按扰动进行补偿和按输入进行补偿。

2 比例串联校正调整系统的什么参数，它对系统性能产生什么影响？

比例串联校正调整系统的增益。降低增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。增加增益，系统性能变化与上述相反。

考试题型：计算 考核内容：

校正前后系统性能分析

第七章 直流调速系统

考试题型：填空/选择 考核内容：

1 直流调速系统的优缺点

考试题型：简答 考核内容：

转速、电流双闭环直流调速系统的调节过程（P182页图）

第八章 交流调速系统

考试题型：填空/选择 考核内容：

交流调速系统有哪些调速方案？

交流调速的方案有：改变极对数P的变极调速（有级调速），改变转差率S的变转差率调速和变频调速。其中变频调速是调节同步转速，可以从高速到低速都保持很小的转差率，效率高，调速范围大，精度高，是交流电动机一种比较理想的调速方案。变频控制方式上有变压变频调速，矢量控制变频调速和直接转矩控制变压变频调速等几种。

第九章 位置随动系统

考试题型：填空/选择 考核内容：

1 什么是位置随动系统？

又称跟随系统或伺服系统。它主要解决有一定精度的位置自动跟随问题。 2 位置随动系统与调速系统相比，有什么特点？

1) 输出量为位移，而不是转速。

2) 输入量是在不断变化着的(而不是恒量)，它主要是要求输出量能按一定精度跟随输入量的变化。而调速系统则主要是要求系统能抑制负载扰动对转速的影响。

3) 供电电路应是可逆电路，使伺服电动机可以正、反两个方向转动，以消正或负的位置偏差。而调速系统可以有不可逆系统。

4) 位置随动系统的主环为位置环，调速系统的主环为速度环。

5) 位置随动系统的技术指标，主要是对单位斜坡输入信号的跟随精度(稳态的和动态的)，其他还有最大跟踪速度、最大跟踪加速度等。