自动控制原理论文

自动控制

摘要：综述了自动控制理论的发展情况，指出自动控制理论所经历的三个发展阶段，即经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。最后指出，各种控制理论的复合能够取长补短，是控制理论的发展方向。

自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论；第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论；第三代为60年

代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制

理论。经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论(本质上是时域方法)都是建立在控制对象精确模型上的控制理论，而实

际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点，难以建立精确的数学模型。因此，自动控制专家和学者希望能从要解决问题领域的知识出发，利用熟练操作者的丰富经验、思维和判断能力，来实现对上述复杂系统的控制，这就是基于知识的不依赖于精确的数学模型的智能控制。本文将对经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的发展情况及基本内容进行介绍。

1自动控制理论发展概述

自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人

自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术，可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作，自动控制显得尤其重要。

自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是自动控制科学的核心。自从19世纪M a x w e ll对具有调速器的蒸汽发动

机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来，经过20世纪初Ny quis t，B o de，Ha r ris，E va ns，W i e n ne r，Nic ho ls等人的杰出贡献，终于形成了经典反馈控制理论基础，并于50年代趋于

成熟。经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具，采用频域方法，主要研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析与设计，但它存在着一定的局限性，即对“多输入—多输出”系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性、时变系统更是无

能为力。随着20世纪40年代中期计算机的出现及其应用领域的不断扩展，促进了自动控制理论朝着更为复杂也更为严密的方向发展，特别是在Ka lma n提出的可控性和可观测性概念以及Понтрягин提出的极大值理论的基础上，在20世纪50、60年代开始出现了以状态空间分析(应用线性代数)为基础的现代控

制理论。现代控制理论本质上是一种“时域法”，其研究内容非常广泛，主要包括三个基本内容：多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论。现代控制理论从理论上解决了系统的可控性、可观测性、稳定性以及许多复杂系统的控制问题。但是，随着现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了复杂的大系统，导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化，从而导致现代控制理论的成果很少在实际中得到应用。经典控制理论、现代控制理论在应用中遇到了不少难题，影响了它们的实际应用，其主要原因有三：①这些控制系统的设计和分析都是建立在精确的数学模型的基础上的，而实际系统由于存在不确定性、不完全性、模糊性、时变性、非线性等因素，一般很难获得精确的数学模型；②研究这些系统时，人们必须提出一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不符；③为了提高控制性能，整个控制系统变得极为复杂，这不仅增加了设备投资，也降低了系统的可靠性。于是，自动控制工作者一直在寻求新的出路，他们在考虑：能否不要完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究主体呢？能否用20世纪

50年代中期出现并得到快速发展的人工智能的逻辑推理、启发

式知识、专家系统等来解决难以建立精确数学模型的控制问题呢？第三代控制理论即智能控制理论就是在这样的背景下提出

来的，它是人工智能和自动控制交叉的产物，是当今自动控制科学的出路之一。下面分别介绍三代控制理论的发展及其最基本内容。

2经典控制理论的发展及基本内容

自动控制中一个最基本的概念是反馈，人类对反馈控制的应用可以追溯到很早的时期。但是，直到产业革命时期，英国人

J a me s W a t t发明蒸汽机离心飞锤式调速器，解决了在负载变化条件下保持蒸汽机基本恒速的问题，自动控制才引起人们的重视。从那时起的100多年以来，随着社会生产力的发展和需要，自动控制理论和技术也得到了不断的发展和提高。在20世纪30至40年代期间，Ny q uis t于1932年提出稳定性的频率判据，B ode于1940年在频率法中引入对数坐标系并于1945年写了《网络分析和反馈放大器设计》一书，Ha r ris于1942年引入传递函数概念，E va ns于1948年提出根轨迹法，W ie nn e r于1949年出版了《控制—关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书。由于他们卓越的工作，从而奠定了经典控制理论的基础。到20世纪50年代，经典控制理论已趋于成熟。

经典控制理论主要用于解决反馈控制系统中控制器的分析

与设计的问题。图1为反馈控制系统的简化原理框图。

图1反馈控制系统的简化原理框图

经典控制理论主要研究线性定常系统。所谓线性控制系统是指系统中各组成环节或元件的状态或特性可以用线性微分方程

描述的控制系统。如果描述该线性系统的微分方程的系数是常

数，则称为线性定常系统。描述自动控制系统输入量、输出量和内部量之间关系的数学表达式称为系统的数学模型，它是分析和设计控制系统的基础。经典控制理论中广泛使用的频率法和根轨迹法，是建立在传递函数基础上的。线性定常系统的传递函数是在零初始条件下系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉

斯变换之比，是描述系统的频域模型。传递函数只描述了系统的输入、输出关系，没有内部变量的表示。经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具，本质上是频域方法，主要研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析与设计，对线性定常系统已经形成相当成熟的理论。典型的经典控制理论包括P I D控制、

S mi t h控制、解耦控制、Da l in控制、串级控制等。

经典控制理论尽管原则上只适宜于解决“单输入—单输出”系统中的分析与设计问题，但是，经典控制理论至今仍活跃在各种工业控制领域中。事实上，经典控制理论现在仍不失其价值和实用意义，仍是进一步研究现代控制理论和智能控制理论的基础。

3现代控制理论的发展及基本内容

经典控制理论虽然具有很大的实用价值，但也有着明显的局限性。其局限性表现在下面二个方面：第一，经典控制理论建立在传递函数和频率特性的基础上，而传递函数和频率特性均属于系统的外部描述(只描述输入量和输出量之间的关系)，不能充分反映系统内部的状态；第二，无论是根轨迹法还是频率法，本质上是频域法(或称复域法)，都要通过积分变换(包括拉普拉斯变换、傅立叶变换、Z变换)，因此原则上只适宜于解决“单输入—单输出”线性定常系统的问题，对“多输入—多输出”系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性、时变系统更是无能为力。

现代控制理论正是为了克服经典控制理论的局限性而在20世纪50、60年代逐步发展起来的。现代控制理论本质上是一种

“时域法”。它引入了“状态”的概念，用“状态变量”(系统内部变量)及“状态方程”描述系统，因而更能反映出系统的内

在本质与特性。从数学的观点看，现代控制理论中的状态变量法，简单地说就是将描述系统运动的高阶微分方程，改写成一阶联立微分方程组的形式，或者将系统的运动直接用一阶微分方程组表示。这个一阶微分方程组就叫做状态方程。采用状态方程后，最主要的优点是系统的运动方程采用向量、矩阵形式表示，因此形式简单、概念清晰、运算方便，尤其是对于多变量、时变系统更

是明显。特别是在Ka l ma n提出的可控性和可观测性概念和По

нтрягин提出的极大值理论的基础上，现代控制理论被引向更为深入的研究。现代控制理论研究的主要内容包括三部分：多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论。由于篇幅所限，有关现代控制理论研究的具体内容请参见有关文献，这里从略。

现代控制理论从理论上解决了系统的可控性、可观测性、稳定性以及许多复杂系统的控制问题。但是，随着现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了复杂的大系统，导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化，从而导致现代控制理论的成果很少在实际中得到应用。

4智能控制理论的发展及基本内容

“智能控制”这一概念是美国普渡大学(Pu rd ue U n i v e rs i ty)

电气工程系的美籍华人傅京孙教授于20世纪70年代初提出来的。早在1965年，他提出把人工智能领域中的启发式规则应用

于学习系统，这一时期可以看作是“智能控制”思想的萌芽阶段。“智能控制”是在当时经典控制理论和现代控制理论在实际应用中面临着严峻挑战的时期自动控制工作者苦于为自动控制理论

寻求新出路而提出来的，它是人工智能和自动控制交叉的产物，是当今自动控制科学的出路之一。

智能控制是指驱动智能机器自主地实现其目标的过程，也就是说，智能控制是一类无需人的直接干预就能独立地驱动智能机

器实现其目标的自动控制。智能控制的基础是人工智能、控制论、运筹学和信息论等学科的交叉。智能控制理论及系统具有下面几个鲜明的特点：第一，在分析和设计智能控制系统时，重点不要放在传统控制器的分析和设计上，而要放在智能机模型上，也就

是说，不要把重点放在对数学公式的描述、计算和处理上(实际上，一些复杂大系统可能根本无法用精确的数学模型进行描述)，

而要把重点放在对非数学模型的描述、符号和环境的识别、知识库和推理机设计和开发等上面来。第二，智能控制的核心是高层控制，其任务在于对实际环境或过程进行组织，即决策和规划，实现广义问题求解。第三，智能控制是一门边缘交叉学科，傅京

孙教授于1971年首先提出了智能控制的二元交集理论(即人工智能和自动控制的交叉)，美国的G.N.Sa ri dis于1977年把傅京孙的二元结构扩展为三元结构(即人工智能、自动控制和运筹学的交叉)，后来中南工业大学的蔡自兴教授又将三元结构扩展为四元结构(即人工智能、自动控制、运筹学和信息论的交叉)，从而进

一步完善了智能控制的结构理论。第四，智能控制是一个新兴的研究和应用领域，有着极其诱人的发展前途。

自从“智能控制”概念的提出到现在，自动控制和人工智能专家和学者已经提出了各种智能控制理论，有些已经在实际中发挥了重要作用。下面对一些有影响的智能控制理论和系统进行介绍。

4.1 递阶智能控制

递阶智能控制(H ie ra rc h i c a l In te l li g e n t C on t ro l)是在研究早期

学习控制系统的基础上，从工程控制论角度总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系之后逐渐形成的，它是

智能控制的最早理论之一。该理论最初是由G.N.Sa ri di s提出的。该系统由组织级、协调级、执行级3级组成。递阶智能控制遵循“精度随智能降低而提高”的原理分级分布。在递阶智能控制系

统中，智能主要体现在高的层次即组织级上，由人工智能起控制作用；协调级是组织级和执行级之间的接口，承上起下，由人工智能和运筹学共同作用；执行级要求具有较高的精度和较低的智能，仍然采用现有数学解析控制算法，对相关过程执行适当的控制作用。

4.2 专家智能控制

专家系统(E x pe r t Sy s te m)是人工智能的一个重要分支，它是于1965年由美国斯坦福大学当时的年轻教授 E.A.Fe i g e nba u m开创的人工智能研究的新领域。专家系统E S与当时人们追求的通用问题求解程序GP S不同，专家系统并不试图发现很强有力的

和很通用的问题求解方法，它把研究范围缩小在一个特定的相对狭小的专业领域中。人类专家之所以成为专家，是因为他拥有解决自己专业领域问题的大量专门知识，包括各种有用的诀窍和经验，专家系统实际上就是在计算机上实现的这种领域专家的模仿物。

应用专家系统的概念和技术，模拟人类专家的控制知识与经验而建造的控制系统，就是专家控制系统。虽然专家控制系统是基于专家系统建立起来的，但是它与专家系统之间存在一些重要差别。首先，一般的专家系统中操作人员是系统的组成部分，通过人机对话完成“计算机专家”的功能，而专家控制系统中没有操作人员的参与，要求专家控制系统能够独立和自动地对控制对象做出决策；其次，专家系统通常以离线方式工作，而专家控制系统需要获取在线动态信息，并对系统进行实时控制。

4.3 模糊智能控制

模糊理论是美国加利福尼亚大学的自动控制理论专家

L.A.Z a de h教授最先提出的。1965年他在“In fo r ma ti on＆C on t rol”杂志上发表了“Fuz z y Se t”(模糊集)一文，首次提出了模糊集合的概念，并很快被人们接受。1974年，英国的Ma mda n i首先把

模糊理论用于工业控制，取得了良好的效果。从此，模糊逻辑控制理论和模糊逻辑控制系统的应用发展很快，展示了模糊理论在控制领域中有着很好的发展前景。模糊逻辑控制现已成为智能控制的重要组成部分。

专家控制系统和模糊逻辑控制系统至少有一点是共同的，即二者都要建立人类经验和人类决策行为的模型。此外，二者都含

有知识库和推理机。因此，模糊逻辑控制器(FLC)通常又称为模糊专家控制器(FE C)，有时人们也把模糊专家系统叫做第二代专家系统，因为它能够为专家系统的设计、开发和实现提供2个基本的和统一的优点，即模糊知识表示和模糊推理方法。

4.4 神经网络智能控制

1943年麦卡洛克和皮茨(Pi tts)提出一种叫做“似脑机器”

(M in dl ik e Ma c h ine)的思想。这种机器可由基于生物神经元特性的互连模型来制造，这就是最初的人工神经网络(A NN)概念。随着

人工神经网络应用研究的不断深入，新的神经网络模型不断推出，现有的神经网络模型已达近百种。在智能控制领域中，应用最多的是B P网络、Ho pf ie l d网络、自组织神经网络、动态递归

网络、联想记忆网络、A da l i n e网络等。

基于神经网络的智能控制系统作为一个新兴领域，之所以能引起自动控制界的广泛兴趣，其原因是：①神经网络具有逼近任何非线性函数的能力；②神经网络易于用V L S I实现，从而使神经网络具有快速和容错性高的优点；③神经网络自身的结构及其多输入多输出的特点，使其易用于多变量系统的控制，且与其它逼近方法相比较更为经济；④神经网络具有自适应和自学习的特性。神经网络的这些特点表明它有着传递函数在线性系统中的作用，但能够自然地扩展到具有非线性、时变性、复杂性、不确定性的大系统中。值得提出的是，虽然其特点十分具有吸引力，但其理论研究还不成熟，许多问题还有待进一步研究。

4.5 学习控制系统

人们对学习机器的设想与研究始于20世纪50年代，它是一

种模拟人的记忆与条件反射的自动装置。学习机的概念是与控制论同时出现的。现有的机器学习的方法种类繁多，如归纳学习、类比学习、基于解释的学习和基于人工神经网络的学习等等。学习控制最初用于解决飞行器的控制、模式分类和通信等问题，然后逐渐用于电力系统和生产过程控制。学习控制系统能够处理具有不确定性和非线性的过程，并能保证良好的适应性、满意的稳定性和足够快的收敛。因此，近年来学习控制系统已获得广泛的应用。

4.6 定性控制理论

定性推理(Q ua l i ta t iv e R e a s on i ng)是一种基于模型的推理。定

性推理的对象是现实世界的物理系统，例如机器装置或电子器件。定性推理的基本思想是：为了搞清楚一个物理系统的行为，往往不需要使用严格的定量方法。传统的专家系统所进行的推理广义上都认为是定性的，但与这里讲的定性推理不同。定性推理不是通过收集系统变量在不同时间点上的取值来模拟系统行为，而是在更高的抽象层次上关心系统行为的定性特征，以便掌握用于行为定性推理的知识种类，开发用于这种知识表示的一般模式，并寻求对物理系统进行行为推理的有效过程。

将定性推理应用到控制领域，便形成了智能控制的又一个新的分支，即定性控制。1986年，C l oc ks i n和Mo rg a n发表了

“Qua li ta tiv e C o n tro l”论文，第一次给出了定性控制的要领，提

出了几种控制方案并将其同常规的控制方法做了比较，随后出现了一系列有关定性控制的文章。定性控制器根据系统的不完全的知识，对系统的输出行为做出预测和控制，这是常规控制器所无法完成的。这里还有必要指出定性控制同模糊控制的主要区别：①模糊控制基于“黑箱”系统，不需要建立数学模型，其控制规则需要凭经验或算法调整，而定性控制则基于定性模型，控制规则基于人们对系统的定性分析。②模糊控制是基于状态的精确测量值，而定性控制基于状态的定性测量值。

4.7遗传算法与控制理论结合

遗传算法(G e ne ti c A l g o r i t hm)作为一种解决复杂问题的有效

方法，最初是由美国密执安大学的J oh n H oll a n d教授于1975年提出来的。遗传算法的基本思想是基于Da rw i n的进化论和

M e nde l的遗传学说。遗传算法通过将问题转换成由染色体组成的进化群体和对该群体进行操作的一组遗传算子(最基本的3个遗传算子是复制、交叉和突变)，通过“适者生存，不适者淘汰”

的进化机制，经过“生成—评价—选择—操作”的进化过程反复进行，直到搜索到最优解为止。当前，遗传算法用于自动控制主要是进行系统参数辨识、控制参数在线优化、神经网络中的学习等。虽然遗传算法与控制理论的结合有其突出的特点，但是，由于它目前还不能满足控制系统实时性的要求，所以影响了它的实际应用。

5结论

以上我们介绍了自动控制理论的发展情况，指出了自动控制理论已经历的三代的发展，即第一代的经典控制理论，第二代的现代控制理论和第三代的智能控制理论。之后我们还指出，各种控制理论都有其优点、缺点和适用范围，如果能够取长补短，则必然能够扩大其应用的范围，因而是控制理论的发展方向。事实上，现在已经出现了集经典控制理论、现代控制理论和智能控制

理论于一身的各种复合控制理论，如模糊P I D复合控制、模糊变

结构控制、自适应模糊控制、模糊预测控制、模糊神经网络控制、专家P I D控制、专家模糊控制等等，有关复合控制的更详细的介绍请参见有关文献。

自动控制原理试题

自动控制原理试题

一、填空题 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：、快速性和。 2、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过与反馈量的差值进行的。 3、复合控制有两种基本形式：即按的前馈复合控制和按的前馈复合控制。 4、根轨迹起始于，终止于。 5、PI控制器的输入－输出关系的时域表达式是， 其相应的传递函数为，由于积分环节的引入，可以改善系统的性能。 二、选择题： 1、下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是( ) A、只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的 B、反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动 C、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动、服从给定 D、系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 2、转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是( ) A．PID B．PI C．P D．PD

3、下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是( ) A、饱和非线性控制 B、转速超调 C、准时间最优控制 D、饱和线性控制 4、静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率( ) A．越小B．越大C．不变D．不确定 5、普通逻辑无环流（既无推β又无准备）可逆调速系统中换向时待工作组投入工作时，电动机处于（）状态。 A、回馈制动 B、反接制动 C、能耗制动 D、自由停车 6、在交—直—交变频装置中，若采用不控整流，则PWN逆变器的作用是（）。 A、调压 B、调频 C、调压调频 D、调频与逆变 7、下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（）。 A、降电压调速 B、变极对数调速 C、变压变频调速 D、转

自动控制原理论文

自动控制 摘要：综述了自动控制理论的发展情况，指出自动控制理论所经历的三个发展阶段，即经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。最后指出，各种控制理论的复合能够取长补短，是控制理论的发展方向。 自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论；第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论；第三代为60年代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论(本质上是时域方法)都是建立在控制对象精确模型上的控制理论，而实际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点，难以建立精确的数学模型。因此，自动控制专家和学者希望能从要解决问题领域的知识出发，利用熟练操作者的丰富经验、思维和判断能力，来实现对上述复杂系统的控制，这就是基于知识的不依赖于精确的数学模型的智能控制。本文将对经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的发展情况及基本内容进行介绍。 1自动控制理论发展概述 自动控制是指使用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人 自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术，可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作，自动控制显得尤其重要。 自动控制理论是和人类社会发展密切联系的一门学科，是自动控制科学的核心。自从19世纪M ax we ll对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来，经过20世纪初Ny qu i s t，B od e，Ha rr is，Ev ans，W ie nn er，Ni cho l s等人的杰出贡献，终于形成了经典反馈控制理论基础，并于50年代趋于成熟。经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具，采用频域方法，主要研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计，但它存在着一定的局限性，即对“多输入—多输出”系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性、时变系统更

自动控制原理英文词汇表.pdf

c h term translation 1automation自动化 1closed-loop闭环 1open-loop开环 1feedback反馈 1closed-loop feedback control system闭环反馈控制系统1open-loop control system开环控制系统 1negative feedback负反馈 1positive feedback正反馈 1control system控制系统 1complexity of design设计复杂性 1design设计 1design gap设计差距 1engineering design工程设计 1feedback signal反馈信号 1flyball governor飞球调节器 1multivariable control system多变量控制系统 1optimization优化 1plant对象 1process过程 1productivity生产率 1risk风险 1robot机器人 1specifications指标说明 1synthesis综合 1system系统 1trade-off折中 2actuator执行机构/执行器 2assumptions假设条件 2block diagrams框图 2characteristic equation特征方程 2transfer function传递函数 2closed-loop transfer function闭环传递函数 2open-loop transfer function开环传递函数 2damping阻尼 2damping ratio阻尼系数/阻尼比 2critical damping临界阻尼 2damping oscillation阻尼振荡 2DC motor直流电机 2differential equation微分方程 2error 误差 2error signal误差信号 2final value终值 2final value theorem终值定理 2homogeneity齐次性 2Laplace transform拉普拉斯变换 2linear approximation线性近似 2linear system线性系统 2linearized线性化的

自动控制原理课程设计 超前校正

自动控制原理课程设计 一． 设计题目 1.掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。 2.掌握对控制系统的相角裕度、稳态误差、截止频率和动态性能分析。 3.掌握利用matlab 对控制理论内容进行分析。 4.提高大家分析问题解决问题的能力。 二． 题目任务及要求 题目1：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 10+=s s K s G 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态 及静态性能指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差rad e ss 15 1< ； （2）系统校正后，相位裕量 45≥γ。 （3）截止频率s rad c /5.7≥ω。 设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+=s s K s G 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度045≥γ； (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为1.0=ss e ； (3) 系统的剪切频率wc <4.4rad/s 。 (4)模值余度h ≥10dB k=10;

num1=[1]; den1=conv([1 0],[1 1]); sys1=tf(k*num1,den1); figure(1); Margin(sys1); hold on figure(2); sys=feedback(sys1,1) step(sys) Transfer function: 10 ------- s^2 + s

未校正前的Bode图 未校正前的的阶跃响应曲线 由图可以看出未经校正的Bode图及其性能指标，还有如图（-2）所示的未校正的系统的阶跃响应曲线。由图（-1）可以看出系统的： 模值稳定余度; h=∞dB; -pi穿越频率：Wg=∞dB； 相角稳定余度为γ=180剪切频率：Wc=3.08rad/s； 由图（-1）可以知道，系统校正前，相角稳定余度=18<45。为满足要求，开环系剪切频率wc=3.08rad/s<4.4rad/s。也未能满足要求。其阶跃曲线如图（-2）其超调量竟达σ%=60%，固原系统需要矫正。 Transfer function: 10 ------------ s^2 + s + 10 h = Inf r = 17.9642 wx = Inf

自动控制原理试题与答案解析

课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G 1(s)+G 2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 极点 ，终止于 零点或无穷远 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

自动控制原理简答题

三.名词解释 47、传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 48、系统校正：为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。 49、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。 50、香农定理：要求离散频谱各分量不出现重叠,即要求采样角频率满足如下关系： ωs ≥2ωmax 。 51、状态转移矩阵：()At t e φ=，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。 52、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。 53、动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。 54、根轨迹的渐近线：当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时，系统有n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。 55、脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的z 变换()R z 之比，即()()() C z G z R z =。 56、Nyquist 判据（或奈氏判据）：当ω由-∞变化到+∞时， Nyquist 曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N ，等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ，即N=P ，则闭环系统稳定；否则（N ≠P ）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为：Z=∣P-N ∣ 57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。

《自动控制原理》试卷及答案(英文10套)

AUTOMATIC CONTROL THEOREM (1) ⒈ Derive the transfer function and the differential equation of the electric network ⒉ Consider the system shown in Fig.2. Obtain the closed-loop transfer function )()(S R S C , ) () (S R S E . （12%） ⒊ The characteristic equation is given 010)6(5)(123=++++=+K S K S S S GH . Discuss the distribution of the closed-loop poles. (16%) ① There are 3 roots on the LHP ② There are 2 roots on the LHP ② There are 1 roots on the LHP ④ There are no roots on the LHP . K=? ⒋ Consider a unity-feedback control system whose open-loop transfer function is ) 6.0(1 4.0)(++= S S S S G . Obtain the response to a unit-step input. What is the rise time for this system? What is the maximum overshoot? （10%） Fig.1

自动控制原理试题及答案解析

自动控制原理 一、简答题：（合计20分, 共4个小题，每题5分） 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 2. 大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？ 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m 公斤，弹簧系数为k 牛顿/米，阻尼器系数为μ牛顿秒/米，当物体受F = 10牛顿的恒力作用时，其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分, 共2个小题，每题10分） 1） 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标：超调量%σ，调 节时间s t 和峰值时间p t ； 2） 当()21(),()4sin3r t t n t t =?=时，求系统的稳态误差。

四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c ω位于两个交接频率的几何中心。 1） 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2） 计算超调量%σ和调节时间s t 。（合计20分, 共2个小题，每题10分） [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ，输出位置的容许误差小于2，求： 1） 确定满足上述指标的最小K 值，计算该K 值下的相位裕量和幅值裕量； 2） 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+，试计算相位裕量。 （合计20分, 共2个小题，每题10分） (rad/s)

自动控制原理课程设计题目(1)要点

自动控制原理课程设计题目及要求 一、单位负反馈随动系统的开环传递函数为 ) 101.0)(11.0()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标 （1）静态速度误差系数K v ≥100s -1； （2）相位裕量γ≥30° （3）幅频特性曲线中穿越频率ωc ≥45rad/s 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为 ) 2)(1()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标： （1）静态速度误差系数K v ≥5s -1； （2）相位裕量γ≥40° （3）幅值裕量K g ≥10dB 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 三、设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 2(4 )(+= s s s G k 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、设计系统的串联校正装置，要求校正后的系统满足指标： 闭环系统主导极点满足ωn ＝4rad/s 和ξ＝0.5。 3、给出校正装置的传递函数。 4、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量Kg 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。

自动控制原理简答

自动控制原理简答 1、简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。 自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”。“经典控制理论”以递函数为基础，以时域法、根轨迹法、频域法为基本方法，“现代控制理论”以状态空间法为基础，以频率法和根轨迹法为基本方法。 2、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？分析内容有那些？ 常用的工程方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法； 分析内容：瞬态性能、稳态性能、稳定性。 3、相比较经典控制理论，在现代控制理论中出现了哪些新的概念？ 系统的运动分析，能控性，能观性，极点配置，观测器设计，跟踪器等。 4、人闭上眼见很难达到预定的目的试从控制系统的角度进行分析。 人闭上眼睛相当于系统断开反馈，没有反馈就不知道偏差有多大，并给予及时修正。所以人闭上眼睛很难到达预定目标。 5、试分析汽车行驶原理 首先，人要用眼睛连续目测预定的行车路线，并将信息输入大脑（给定值），然后与实际测量的行车路线相比较，获得行驶偏差。通过手来操作方向盘，调节汽车，使其按照预定行车路线行驶。 6、对飞机与轮船运行原理加以分析 飞机和轮船在行驶时，都会发射无线电信号来进行定位，无线电信号通过雷达反射到计算机中央处理器中。进行对比得出误差，再将误差发射，进入雷达反射到飞机和轮船的接收器中，计算机收到信号后可还原为数据，进而可知偏差而及时修正，这是时刻都进行的。所以飞机，轮船都能保持预定航向行驶。 7、从元件的功能分类，控制元件主要包括哪些类型的元件？ 控制元件主要包括放大元件、执行元件、测量元件、补偿元件。 8、线性定常系统的传递函数定义 传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 9、常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？ 有以下三种：（1机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰 （2实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限 （3以上两种方法的结合:通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点 10、自动控制系统的数学模型有哪些 自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、结构图。 11、离散系统的数学模型 （1 差分方程 Z变换将差分变成代数方程 （2 脉冲传递函数脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的 z 变换 C z 与输入离散信号的变 C z换 R z 之比，即 G z /R z （3 离散空间表达式 12、定值控制系统、伺服控制系统各有什么特点？ 定值控制系统为给定值恒定，反馈信号和给定信号比较后控制输出信号；伺服控制系统为输入信号是时刻变化的，输入信号的变化以适应输出信

自动控制原理校正课程设计-- 线性控制系统校正与分析

自动控制原理校正课程设计-- 线性控制系统校正与分析

课程设计报告书 题目线性控制系统校正与分析 院部名称机电工程学院 专业10电气工程及其自动（单）班级 组长姓名 学号 设计地点工科楼C 214 设计学时1周 指导教师

金陵科技学院教务处制 目录 目录 (3) 第一章课程设计的目的及题目 (4) 1.1课程设计的目的 (4) 1.2课程设计的题目 (4) 第二章课程设计的任务及要求 (6) 2.1课程设计的任务 (6) 2.2课程设计的要求 (6) 第三章校正函数的设计 (7) 3.1设计任务 (7) 3.2设计部分 (7) 第四章系统动态性能的分析 (10) 4.1校正前系统的动态性能分析 (10) 4.2校正后系统的动态性能分析 (13) 第五章系统的根轨迹分析及幅相特性 (16) 5.1校正前系统的根轨迹分析 (16) 5.2校正后系统的根轨迹分析 (18) 第七章传递函数特征根及bode图 (20) 7.1校正前系统的幅相特性和bode图 (20) 7.2校正后系统的传递函数的特征根和bode图 (21) 第七章总结 (23) 参考文献 (24)

第一章 课程设计的目的及题目 1.1课程设计的目的 ⑴掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。 ⑵学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 1.2课程设计的题目 已知单位负反馈系统的开环传递函数) 125.0)(1()(0 ++= s s s K s G ，试用频率法 设计串联滞后校正装置，使系统的相角裕量 30>γ，静态速度误差系数 110-=s K v 。

自动控制论文题目选题参考

https://www.docsj.com/doc/2e224421.html, 自动控制论文题目 一、最新自动控制论文选题参考 1、基于PLC的种子包衣机自动控制系统设计与实现 2、无线数据传输在节水灌溉自动控制中的应用 3、自动控制在污水处理中的应用 4、基于SCADA的无功电压自动控制系统 5、高炉热风炉全自动控制专家系统 6、智能交通系统及其车辆自动控制技术 7、智能温室自动控制系统的设计与应用 8、基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计 9、列车运行自动控制(ATO)算法的研究 10、自动变速器(十一)——变速器的自动控制系统(下) 11、自动控制技术——汽车动力学稳定性控制系统研究现状及发展趋势 12、循环流化床锅炉热工自动控制系统 13、温室节点式渗灌自动控制系统设计与实现 14、SBR法计算机自动控制系统的研究 15、主动式自动控制烤房研制与试验报告 16、盾构机自动控制技术现状与展望 17、自动控制中的矩阵理论 18、高炉热风炉全自动控制专家系统 19、自动变速器(九)——变速器的自动控制系统(上) 20、楼宇自动控制网络通信协议BACnet实现模型的研究

https://www.docsj.com/doc/2e224421.html, 二、自动控制论文题目大全 1、冷连轧板形自动控制 2、冷连轧机张力自动控制系统 3、复卷机张力自动控制系统 4、"自动控制原理"课程讲授的几个要点 5、变电站电压无功综合自动控制的实现与探讨 6、自动变速器(十)——变速器的自动控制系统(中) 7、自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践 8、论间歇式活性污泥法的自动控制 9、用于水果实时分级系统的同步跟踪自动控制装置 10、《自动控制原理》课程的教学改革与实践 11、DCS自动控制系统软件体系的设计与实现 12、Proteus软件在自动控制系统仿真中的应用 13、烧结生产自动控制新技术(上) 14、电力传动与自动控制系统 15、活性污泥法污水处理过程自动控制的研究现状 16、模糊参数自整定PID控制技术在推土机自动控制系统中的应用 17、烧结生产自动控制新技术(下) 18、波浪能独立稳定发电自动控制系统 19、鱼雷自动控制系统 20、自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨 三、热门自动控制专业论文题目推荐

自动控制原理重点英文单词+汉语翻译

Closed-loop control systems 闭环控制系统Open-loop control systems开环控制系统Process 过程Linear system线性系统Nonlinear system非线性系统Continuous system 连续系统Discrete system离散系统 Stability 稳定性Steady-state performance 稳态性能Transient performance 暂态特性mathematical model 数学模型 differential equations 微分方程Transfer function传递函数 zeros and poles of transfer function传递函数的零极点 Inverse proportion part 比例环节Inertia part惯性环节Integral part 积分环节Derivative part 微分环节Vibrate part震荡环节Delay part 滞后环节Block diagram (Equivalent transformation)方框图 (Unit) negative (positive) feedback loop 负（正）反馈回路 Mason formula 梅逊公式disturbance 干扰 Step signal 阶跃信号Ramp signal(speed function signal) 斜波信号Parabola signal(acceleration signal) 加速度信号pulse signal脉冲信号Sinusoidal signal 正弦信号 Delay time延迟时间Rise time 上升时间Peak time峰值时间Settling time 稳定时间Percent overshoot超调量 Steady-state error稳态误差position error coefficient Kp speed error coefficient Kv acceleration error coefficient Ka first-order system一阶系统S econd-order system 二阶系统 high-order system 高阶系统Dominant pole主导极点 Underdamped欠阻尼Critically Damped临界阻尼Overdamped 过阻尼Undamped无阻尼的 Routh-Hurwitz stability criterion劳斯稳定性判据R outh array 劳斯表Character equation 特征方程 root locus 根轨迹open-loop zeros and poles 开环零极点Magnitude and angle requirements of root locus幅值与相角 frequency character 频率特征(inverse) Laplace transformation 拉普拉斯（反）变换Nyquist plot奈奎斯特图Bode diagram波德图 Logarithmic magnitude frequency character对数幅值频率特性 Logarithmic phase frequency character对数相频特征 Nyquist stability criterion奈奎斯特稳定判据 cutoff frequency 剪切频率Phase margin 相位裕量Gain margin 增益裕量Cutoff frequency Cascade phase-lead compensation串联超前矫正Cascade phase-lag compensation 串联滞后校正Cascade phase-lag and -lead compensation串联滞后-超前矫正sample control system 采样控制系统digital control system 数控系统discrete control system离散控制系统Shannon sampling theorem 香农采样定理Zero-order hold 零阶保持sampling period 采样周期Sampling frequency 采样频率Z-transform z变换Z-inverse transform z逆变换pulse transfer function脉冲传递函数 bilinear transform双线性变换

自动控制原理课程设计控制系统的超前校正设计武汉理工大学

额，这个文档是在百度文库花20分下载的，太坑爹了，所以我加了这几个字重新上传了。大家攒点百度币不容易………… 目录 1 超前校正的原理及方法 (2) 何谓校正为何校正 (2) 超前校正的原理及方法 (2) 超前校正的原理 (2) 超前校正的应用方法 (4) 2 控制系统的超前校正设计 (5) 初始状态的分析 (5) 超前校正分析及计算 (8) 校正装置参数的选择和计算 (8) 校正后的验证 (10) 校正对系统性能改变的分析 (14) 3心得体会 (16) 参考文献 (17)

控制系统的超前校正设计 1 超前校正的原理及方法 何谓校正 为何校正 所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，是系统整 个特性发生变化。校正的目的是为了在调整发大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标的情况下，通过加入的校正装置，是系统性能全面满足设计要求。 超前校正的原理及方法 超前校正的原理 无源超前网络的电路如图1所示。 图1 无源超前网络电路图 r u c u 1 R 2R C

如果输入信号源的内阻为了零，且输出端的负载阻抗为无穷大，则超前网络的传递函数可写为 1()1c aTs aG s Ts += + （2-1） 式中1221R R a R += > , 1212 R R T C R R =+ 通常a 为分度系数，T 叫时间常数，由式（2-1）可知，采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降a 倍，因此需要提高放大器增益交易补偿。 根据式（2-1），可以得无源超前网络()c aG s 的对数频率特性，超前网络对频率在1/aT 至1/T 之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内，输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。在最大超前交频率m ω处，具有最大超前角m ?。 超前网路（2-1）的相角为 ()c arctgaT arctgT ?ωωω=- （2-2） 将上式对ω求导并令其为零，得最大超前角频率 m ω=1/T a （2-3） 将上式代入（2-2），得最大超前角频率 （2-4） 同时还易知 ''m c ωω= ?m 仅与衰减因子a 有关。a 值越大，超前网络的微分效应越强。但a 的最大值受到超前 网络物理结构的制约，通常取为20左右（这就意味着超前网络可以产生的最大相位超前大约为65度）如果要得大于 的相位超前角，可用两个超前校正网络串联实现，并在串 联的两个网络之间加一个隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。 利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性。只要正确地将超前网络的交接频率1/aT 或1/T 选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选择参数a 和T ，就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善系统的动态性能。使校正后系统具有如下特点：低频段的增益满足稳态精度的要求；中频段对数幅频特性的斜率为-20db/dec ，并具有较宽的频带，使系统具 1 arcsin 12m a arctg a a ?-==+

自动控制原理课程论文

《自动控制原理（下）》 课程论文 1011自动化 XX 2010XXXX 2013.4

非线性控制系统 摘要：非线性控制系统是用非线性方程来描述的非线性控制系统。系统中包含有非线性元件或环节。状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。线性因果关系的基本属性是满足叠加原理。在非线性控制系统中必定存在非线性元件，但逆命题不一定成立。描述非线性系统的数学模型，按变量是连续的或是离散的，分别为非线性微分方程组或非线性差分方程组。非线性控制系统的形成基于两类原因，一是被控系统中包含有不能忽略的非线性因素，二是为提高控制性能或简化控制系统结构而人为地采用非线性元件。 关键字：非线性系统相平面法描述函数法 正文： 一、非线性特性 典型非线性特性 （1）非线性系统的特点 ①叠加原理无法应用于非线性微分方程中。 ②非线性系统的稳定性不仅与系统的结构和参数有关，而且与系统的输入信号和初始条件有关。 ③线性系统的零输入响应形式与系统的初始状态无关，而非线性系统的零输入响应形式与系统的初始状态却有关。 ④有些非线性系统，在初始状态的激励下，可以产生固定振幅和固定频率的自激振荡或极限环。 （2）典型非线性特性 二、非线性控制系统的应用条件 非线性系统的分析远比线性系统为复杂，缺乏能统一处理的有效数学工具。在许多工程应用中，由于难以求解出系统的精确输出过程，通常只限于考虑：①系统是否稳定。②系统是否产生自激振荡（见非线性振动）及其振幅和频率的测算方法。③如何限制自激振荡的幅值以至消除它。例如一个频率是ω的自激振

自动控制原理试题及答案

自动控制原理 一、简答题：（合计20分,共4个小题，每题5分） 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 2. 大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？ 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m 公斤，弹簧系数为k 牛顿/米，阻尼器系数为μ牛顿秒/米，当物体受F = 10牛顿的恒力作用时，其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分,共2个小题，每题10分） 1） 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标：超调量%σ，调 节时间s t 和峰值时间p t ； 2） 当()21(),()4sin 3r t t n t t =?=时，求系统的稳态误差。

四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c ω位于两个交接频率的几何中心。 1） 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2） 计算超调量%σ和调节时间s t 。（合计20分,共2个小题，每题10分） [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ，输出位置的容许误差小于2 ，求： 1） 确定满足上述指标的最小K 值，计算该K 值下的相位裕量和幅值裕 量； 2） 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+，试计算相位裕量。 （合计20分,共2个小题，每题10分） (rad/s)

自动控制原理论文(DOC)

自动控制原理结课论文论文题目：时域分析的Matlab实现

时域分析的Matlab实现 摘要 分析和设计系统的首要工作是确定系统的数学模型。一旦建立了合理的、便于分析的数学模型，就可以对已组成的控制系统进行分析，从而得出系统性能的改进方法。经典控制理论中，常用时域分析法、根轨迹法或频率分析法来分析控制系统的性能。本文采用MATLAB 语言编程实现了高阶系统时域分析，分析了其稳定性、快速性、准确性，并应用实例验证了其有效性。 [关键词] 时域分析高阶系统MATLAB 实现

目录 一、引言 (1) 二、时域分析基础理论 (1) （一）典型输入信号和时域性能指标 (2) 1、典型输入信号 (2) 2、时域性能指标 (4) （二）一阶系统的时域分析 (5) 1、单位阶跃响应 (5) 2、单位斜坡响应 (7) 3、单位脉冲响应 (7) （三）高阶系统的时域分析 (8) 三、基于MATLAB实现高阶系统的时域分析 (10) 四、高阶系统时域分析的MATLAB 实现 (11) （一）应用经典法求解 (12) （二）MATLAB实现 (12) 1、系统稳定性分析 (13) 2、系统的快速性分析 (16) 3、系统的准确性分析 (16) （三）应用MATLAB分析系统的动态特性 (17) 五、结论 (19) 参考文献 (20)

时域分析的Matlab实现 一、引言 信号与系统的分析在自动控制领域有十分重要的作用。进行分析时，一般先抽象为数学模型，然后讨论系统本身的初始状态以及不同激励时的响应。对于高阶的微分方程，由于计算量庞大，人工计算难于实现。经典控制理论对高阶系统进行时域分析通常采用拉氏反变换的方法求系统响应，系统阶次越高，进行拉氏反变换的困难就越大，因此，用经典法对高阶系统进行时域分析是一件较困难的事。本文采用MATLAB 语言编程，设计了对高阶系统进行时域性能辅助分析程序，充分发挥了MATLAB 人机交互性好、函数调用方便、数学运算与绘图功能强大的优势，使分析效率和准确性大为提高。 二、时域分析基础理论 那什么是时域分析呢？时域分析是指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。系统输出量的时域表示可由微分方程得到，也可由传递函数得到。在初值为零时，一般都利用传递函数进行研究，用传递函数间接的评价系统的性能指标。具体是根据闭环系统传递函数的极点和零点来分析系统的性能。此时也称为复频域分析。

自动控制原理课程设计

金陵科技学院课程设计目录 目录 绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (10) 4.1校正前系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。 4.2校正后系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。五系统动态性能的分析.. (13) 5.1校正前系统的动态性能分析 (13) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图 (244) 八系统的对数幅频特性及对数相频特性 (24) 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性错误！未定义书签。总结 (267) 参考文献................................ 错误！未定义书签。

绪论 在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。