自动控制原理(机电)_简要复习_笔记
声明：本文仅供学习参考，不作为任何正式场景的参考答案；版权所有，谢绝任何形式的转载。
感兴趣的话可以看看：用小事例来理解模糊控制、人工神经网络、PID控制等
目录
第一章 绪论
1.控制论经历了哪几个发展历程？分别有何特点？在应用中衍生了哪些分支？
2.自动控制系统的工作原理和人工控制的原理一样吗？具体是什么原理？
3.什么是反馈？什么是负反馈？
4.什么是开环系统？什么是闭环系统？分别有什么特点？精度如何？试画出逻辑图。
5.闭环控制系统由哪些元件组成？分别有什么作用？
6.控制系统常见的分类方法有哪些？不同的分类方法将系统分为哪些类型？每种类型有何特征或特点？
7.对控制系统的基本要求是什么？
第二章 控制系统的数学模型
1.建立数学模型的方法有哪几种？分别什么含义？控制系统常用的数学模型有哪些？
2.试推导机械平移系统和机械旋转系统的微分方程。
3.推导具有电感-电容-电阻的无源四端网络的微分方程。
4.把非线性微分方程转化成线性微分方程的方法有哪些？
5.什么是相似系统？什么是相似变量？
6.总结常见的信号及其拉式变换。
7.什么是传递函数？传递函数适用于什么系统？传递函数的求解方法有哪些？
8.传递函数有何特性？
9.总结基本环节的传递函数。
10.各环节之间串联、并联、反馈连接的运算法则如何？
11.方框图变换法则
第三章 控制系统的时域分析
1.什么是时域？什么是时域分析？
2.什么是瞬态响应？什么是稳态响应？
3.系统的瞬态响应与什么有关？实验信号如何选取？
4.典型实验信号有哪些？其拉式变换形式如何？
5.测试控制系统的动态性能指标时一般用什么信号输入？有哪些性能指标？分别什么含义？
6.一阶系统的单位阶跃响应如何？什么是时间常数？时间常数和哪些因素有关？
7.一阶系统的单位斜坡响应如何？
8.一阶系统的单位脉冲响应如何？
9.线性定常系统的重要特征是什么？
10.什么是系统的稳定性？如何判断系统的稳定性，判据内容是什么？
11.误差有哪几种定义？
12.系统的类型如何定义？总结不同系统类型在不同输入信号下的稳态误差。
第五章 控制系统的频域分析
1.什么是频率响应？什么是频率特性？
2.什么是幅频特性？什么是相频特点？
3. 基本环节的对数频率特性及其渐近线的特点对照图
4.对数判据的内容是什么？
练习题（来源网络，仅供学习）
第一章 绪论
1.控制论经历了哪几个发展历程？分别有何特点？在应用中衍生了哪些分支？
第一阶段：古典控制论，主要研究单输入、单输出控制系统；
第二阶段：现代控制理论，主要研究多输入多输出、非线性及时变系统；
第三阶段：向“大系统理论”和“智能控制论”发展，模糊控制、神经网络控制、专家控制等。
工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论
2.自动控制系统的工作原理和人工控制的原理一样吗？具体是什么原理？
原理一样，都是“检测偏差用以纠正偏差”。
3.什么是反馈？什么是负反馈？
反馈(Feedback)就是指输出量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。
负反馈(Negative Feedback)是指反馈信号与系统的输入信号的方向相反的反馈形式。
4.什么是开环系统？什么是闭环系统？分别有什么特点？精度如何？试画出逻辑图。
开环系统：指系统的输入量对系统的控制作用没有影响的系统。
特点：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈作用
系统精度取决于元器件的精度和特性
闭环系统：系统的输出量对系统的控制具有反馈作用。
特点：利用负反馈的作用来减小系统的误差，具有自动修正被控量偏离给定值的作用。可用精度不高、成本较低的元器件组成控制精度较高的闭环控制系统。系统较为复杂，受干扰的因素多。
系统精度取决于检测元件的精度和系统的内部结构。
5.闭环控制系统由哪些元件组成？分别有什么作用？
6.控制系统常见的分类方法有哪些？不同的分类方法将系统分为哪些类型？每种类型有何特征或特点？
（1）按给定量（输入量、输出量）来分类
恒值控制系统：输入量为常值，或者随时间缓慢变化。用在分析干扰对输出的影响。
程序控制系统：输入量是变化的，但是变化是已知函数的。
随动系统：输入量是未知的，要求输出量能够准确快速地复现。
（2）按照系统的线性特性分
线性系统：系统的元器件均满足线性特征，满足“叠加原理”，时间响应的特征与初始状 态无关。
非线性：系统的元器件至少有一个不能满足线性特征。不满足叠加原理，时间响应特征与初始状态有很大关系。
（3）参数是否为常数
时变系统：系统数学描述中含有时间t
定常系统：系统数学描述中不含有时间t（包括结构和参数）
（4）按系统信号类型分
连续控制系统：系统中各个参数都是模拟量，连续变化
离散控制系统：系统中某一处或者数出为脉冲信号或者模拟信号
7.对控制系统的基本要求是什么？
稳定性、准确性、快速性，稳定性是系统工作的首要条件，且三者是相互制约的。
第二章 控制系统的数学模型
1.建立数学模型的方法有哪几种？分别什么含义？控制系统常用的数学模型有哪些？
机理分析法:通过分析系统的内部运动规律，求解系统输入量与输出量之间的数学关系。（解析法)
系统辨识法:利用实验数据建立系统输入量与输出量之间的数学关系。（实验法）
常用的数学模型：微分方程（最基本）、传递函数、频率特性、差分方程和状态方程等。
2.试推导机械平移系统和机械旋转系统的微分方程。
3.推导具有电感-电容-电阻的无源四端网络的微分方程。
4.把非线性微分方程转化成线性微分方程的方法有哪些？
（1）在一定条件下，忽略非线性因素
（2）用微小偏差法将非线性微分方程线性化，从而得到近似的线性微分方程
5.什么是相似系统？什么是相似变量？
数学模型相同的物理系统成为相似系统；
在相似系统的数学模型中，作用相同的变量称为相似变量。
6.总结常见的信号及其拉式变换。
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信号函数 |
信号图像 |
拉式变换 |
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单位阶跃
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单位脉冲
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单位斜坡
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余弦函数
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正弦函数
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7.什么是传递函数？传递函数适用于什么系统？传递函数的求解方法有哪些？
传递函数是描述线性定常系统的一种数学模型。
在线性定常系统中，初始条件为0时，输出量的拉式变换与输入量的拉式变换之比称为系统的传递函数。
求解方法有三种，分别为直接求解法（列得微分方程再拉式变换求解传递函数）、利用方框图求系统的传递函数、利用试验方法求系统的传递函数。
8.传递函数有何特性？
描述系统本身的固有特性，与输入量/输出量无关;
不同的物理系统，若其动态特性相同，可用同一传递函数描述。
9.总结基本环节的传递函数。
|
环节 |
含义 |
传递函数 |
|
比例环节 |
输出量与输入量成正比的环节称为比例环节
|
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|
惯性环节 |
在这类环节中，因含有储能元件，故对突变形式的输入信号，不能立即输送出去。
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微分环节 |
输出正比于输入的微分的环节，称微分环节
|
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积分环节 |
输出正比于输入的积分的环节称积分环节
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振荡环节 |
在这类环节含有两种储能元件，在信号传递过程中，因能量的的转换而使其输出带有振荡的性质
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|
一阶微分方程 |
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二阶微分方程 |
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延时环节 |
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|
10.各环节之间串联、并联、反馈连接的运算法则如何？
串联：
并联：
反馈连接：
11.方框图变换法则
第三章 控制系统的时域分析
1.什么是时域？什么是时域分析？
时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系，例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。
控制系统的时域分析是通过研究系统在给定输入信号作用下的时间响应来评价系统的性能，在时域内分析系统的动静态特性。
2.什么是瞬态响应？什么是稳态响应？
瞬态响应:系统在某一输入信号的作用下，系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程称为瞬态(或称暂态)响应，也称过渡过程。
稳态响应:在某一输入信号的作用后，时间趋于无穷大时系统的输出状态称为稳态响应。
3.系统的瞬态响应与什么有关？实验信号如何选取？
不仅取决于系统本身的特性，还与外加输入信号的形式有关。
实验信号的选取原则:
1)具有典型性，能够反映系统工作的大部分实际情况
2)形式尽可能简单，便于分析处理
3)能使系统在最不利的情况下工作
4.典型实验信号有哪些？其拉式变换形式如何？
|
典型信号 |
表达形式 |
拉式变换 |
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阶跃信号 |
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|
斜坡信号 |
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|
加速度信号 |
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|
脉冲信号 |
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5.测试控制系统的动态性能指标时一般用什么信号输入？有哪些性能指标？分别什么含义？
通常控制系统的动态性能指标，以系统对单位阶跃输入量的瞬态响应形式给出。
性能指标：延迟时间、上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间
6.一阶系统的单位阶跃响应如何？什么是时间常数？时间常数和哪些因素有关？
一阶系统的典型形式是惯性环节。
时间常数T可定义为系统的时间响应达到稳态值的63.2%所需要的时间。
7.一阶系统的单位斜坡响应如何？
8.一阶系统的单位脉冲响应如何？
9.线性定常系统的重要特征是什么？
系统对输入信号导数的响应，可以通过把系统对输入信号的响应进行微分来求出;
系统对原信号积分的响应，等于系统对原信号响应的积分。
10.什么是系统的稳定性？如何判断系统的稳定性，判据内容是什么？
稳定性:稳定性是指控制系统在任何足够小的初始偏差的作用下，其过渡过程随着时间的推移，是否具有逐渐恢复原平衡状态的性能。
劳斯稳定判据、赫尔维茨[cí]稳定判据
劳斯稳定判据：必要条件是系统特征方程的各项系数皆大于零，满足后再去验证充分性；
赫尔维茨[cí]稳定判据：系统特征方程式各项系数全部为正值，将系统特征方程式各项系数排成行列式，主行列式和主对角线上的子行列式均大于0
11.误差有哪几种定义？
两种，一种是从输出信号角度看的误差，指实际输出信号与理想输出信号的差；还有一种是从输入量的角度看，即输入信号与反馈信号之差，能够直接或间接地反映系统的希望输出值与实际输出值之差，在实际工程中更便于测量。
12.系统的类型如何定义？总结不同系统类型在不同输入信号下的稳态误差。
根据系统的开环传递函数的积分环节个数来区分：
第五章 控制系统的频域分析
1.什么是频率响应？什么是频率特性？
频率响应：是指控制系统或元件对正弦输入信号的稳态正弦输出响应。
正弦信号输入时，系统输出与输入的幅值比A(w)和相位差随输入频率的变化规律。
2.什么是幅频特性？什么是相频特点？
3. 基本环节的对数频率特性及其渐近线的特点对照图
4.对数判据的内容是什么？
练习题（来源网络，仅供学习）
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