第一篇：自动控制原理实验报告
北京交通大学
自动控制原理研究性学习报告
——基于MATLAB软件的系统建模分析与校正
谭堃15221309 田斌15221310 努尔夏提15221305 张雪程13222028
摘要
本文利用MATLAB软件来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真的方法。它能够直观、快速地分析系统的动态性能、和稳态性能。并且能够灵活的改变系统的结构和参数通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计。
关键词：MATLAB，自动控制，系统仿真
1.主要任务
单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为
G(s)=4K/s(s+2)
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Kv＝20s-1；（2）相位裕量γ≥50°（3）幅值裕量Kg≥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。
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。
2.理论分析
（1）确定K值
Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系统的开环对数幅频特性如图实线所示。
由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1;
得wc≈6.32；
γ(wc)=180˚+ɸ(wc)=90˚-72.4˚=17.6˚
可见相位裕量并不满足要求，为不影响低频段特性和改善暂态响应性能，采用引前矫正。
（3）设计串联微分校正装置：
微分校正环节的传递函数为
Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1);最大相位移为
ɸmax=arcsin[(rd-1)/(rd+1)] 根据系统相位裕量γ(wc)≥50˚的要求，微分矫正环节最大相位移为
ɸmax≥50˚-17.6˚=32.4˚
考虑Wc’≥Wc,原系统相角位移将更负些，故ɸmax将更大些，取ɸmax=40˚，即有
Sin40˚=(γd-1)/(γd+1)=0.64解得γd=4.6 设校正后的系统穿越频率Wc’为矫正装置两交接频率w1与w2的几何中点。即
Wc’=√w1w2=w1√rd 若认为Wc’/w1>>1,Wc’/w2<<1,则得
A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈4.32;w2≈19.87;wc’≈9.26。所以校正装置的传递函数为
Wc(s)=(s/4.32+1)/[(s/19.87)+1);（4）验算校正后系统指标
Wk’(s)=20(s/4.32+1)/[s(s/2+1)(s/19.87+1)] 同理，代入数值得校正装置的相位裕量为γ(wc’)=52.4˚ 另ɸ(wj)=-180˚,可得出系统穿越频率wj→∞;所以一定满足
GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真
(1)时域分析
1.校正前系统的暂态响应曲线如图：
-图1 系统单位阶跃相应
计算结果：
pos(超调量)=60.46%、、tp(峰值时间)= 0.5s、tr(上升时间)=1.8s，ts(调节时间)=3.7s 由图可知：校正前系统的的调节时间较长，超调量过大。
3.校正后系统的暂态响应曲线如图
图2系统单位阶跃相应
计算结果：
pos(超调量)=15.88%、、tp(峰值时间)= 0.3s、tr(上升时间)=0.2s，ts(调节时间)=0.6s
系统的暂态响应与校正前相比有较大改善。该系统依然稳定，而且反应更加快速，应采用。
(2)根轨迹
校正前系统的根轨迹如图
校正后系统的根轨迹如图：
校正前后根轨迹对比
(3)对数频率特性
校正前系统的开环对数频率特性如图实线所示：
图1 系统对数频率特性曲线
相位裕量γ=17.6
穿越频率=6.32rad/s微分校正环节的对数频率特性如图所示：
校正后系统的开环对数频率特性如图所示：
相位裕量γ=52.4穿越频率=9.26rad/s
对比图
(4)幅相频率特性
校正前系统的开环幅相频率特性如图所示：
图7 系统幅相频率特性曲线
校正后系统的开环幅相频率特性如图所示：
对比图
四、程序附录（1）时域分析
clear
t=0:0.1:5;s=[184 794.8];d=[1 21.87 233.7 794.8];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:51 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;end end
tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:51 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end
tr1=(m-1)*0.1;for i=51:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end
ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]
clear t=0:0.1:10;s=[40];d=[1 2 40];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:101 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;
end end
tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:101 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end
tr1=(m-1)*0.1;for i=101:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end
ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]
（2）对数频率特性 clear s1=[0.23 1];d1=[0.05 1];s2=[40];d2=[1 2 40];s3=[184 794.8];d3=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);sys3=tf(s3,d3);figure(1)bode(sys1,sys2,sys3)
（3）根轨迹 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)rlocus(sys1,sys2)
（4）幅相频率特性 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)nyquist(sys1,sys2)
总结
本次研究性学习的内容主要是建立自动控制系统并运用MATLAB软件对设计的自动控制系统进行仿真，其中涉及了关于自动控制方面的很多知识，也有关于数学建模方面的知识以及MATLAB软件的应用，此次研究性学习建立了卫星姿态的自动控制。
在此次设计过程中遇到了很多问题，也接触到了很多以前不知道的知识，特别是之前很少接触过MATLAB软件，这让本次设计一度陷入停滞阶段。后来在图书馆和网络上查阅了大量的相关书籍，并在同学的细心指导下安装了MATLAB软件并学习其使用方法，从而使问题一步步得到了解决，最终成功的完成了此次研究性学习。
第二篇：《自动控制原理》课程实验报告(范例)
《自动控制原理》课程实验报告
姓名：
班级：
学号： 实验时间：
实验成绩：
一、实验目的：
1．熟练掌握step()函数和impulse()函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和ωn对二阶系统性能的影响。3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、实验要求：
1．根据实验步骤，写出调试好的MATLAB语言程序，及对应的MATLAB运算结果。
2．记录各种输出波形，根据实验结果分析参数变化对系统的影响。3．总结判断闭环系统稳定的方法，说明增益K对系统稳定性的影响。
三、实验步骤：
1．观察函数step()函数和impulse()的调用格式，假设系统的传递函
s23s7数模型为G(s)4，可以用几种方法绘制出系统的阶s4s36s24s1跃响应曲线？试分别绘制。
2n2．对典型二阶系统G(s)2 2s2nsn1）分别绘制出ωn=2(rad/s),ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响。
2）绘制出当ζ=0.25，ωn分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数ωn对系统的影响。
3．单位负反馈系统的开环模型为G(s)K，试判2(s2)(s4)(s6s25)断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K值范围
四、实验结果与结论
时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。
1．用MATLAB求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s的降幂排列写为两个数组num、den。由于控制系统分子的阶次m一般小于其分母的阶次n，所以num中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐，不足部分用零补齐，缺项系数也用零补上。用MATLAB求控制系统的瞬态响应 1）阶跃响应
①求系统阶跃响应的指令有：
step(num,den,t)时间向量t的范围可以由人工给定（例如t=0:0.1:10）
在MATLAB程序中，先定义num,den数组，并调用上述指令，即可生成单位阶跃输入信号下的阶跃响应曲线图。② 求阶跃响应的另一种方法
应当指出，当初始条件为零时，G(s)的单位阶跃响应与
G(s)的单s位阶跃响应相同。考虑到求系统的单位脉冲响应，因为对于单位脉冲输入量，R(s)=1所以
C(s)G(s)s23s71 C(s)432R(s)ss4s6s4s1s因此，可以将G(s)的单位阶跃响应变换成G(s)的单位脉冲响应。s向MATLAB输入下列num1和den1，给出阶跃响应命令，可以得到系统的单位阶跃响应曲线如图1-1所示，输入下列num2和den2，给出脉冲响应命令，可以得到如图1-1所示一样的单位脉冲响应曲线。t=[0:0.1:10];num1=[1,3,7];den1=[1,4,6,4,1];y=step(num,den,t);plot(t,y);grid;t=[0:0.1:10];num=[1,3,7];den=[1,4,6,4,1,0];
图1-1 单位阶跃响应曲线 y=impulse(num,den,t);plot(t,y);grid;
2．特征参量和n对二阶系统性能的影响
标准二阶系统的闭环传递函数为：
2nC(s)2
2R(s)s2nsn二阶系统的单位阶跃响应在不同的特征参量下有不同的响应曲线。1）对二阶系统性能的影响
设定无阻尼自然振荡频率n2(rad/s)，考虑5种不同的值：利用MATLAB对每一种求取单位阶跃响应=0,0.25,0.5,1.0和2.0，曲线，分析参数对系统的影响。
为便于观测和比较，在一幅图上绘出5条响应曲线（采用“hold”命令实现）。
num=[0 0 4];den1=[1 0 4];den2=[1 1 4];den3=[1 2 4];den4=[1 4 4];den5=[1 8 4];t=[0:0.1:5];step(num,den1,t);grid;hold;text(2,1.7,'Zeta=0');step(num,den2,t);text(1.6,1.5,'0.25');step(num,den3,t);text(1.6,1.1,'0.5');step(num,den4,t);text(1.6,0.8,'1.0');step(num,den5,t);
图1-2 ζ不同时系统的响应曲线 text(1.6,0.5,'2.0');由此得到的响应曲线如图1-2所示： 2）n对二阶系统性能的影响
同理，设定阻尼比0.25时，当n分别取1,2,4,6时，利用MATLAB求取单位阶跃响应曲线，分析参数n对系统的影响。num1=[0 0 1];num2=[0 0 4];num3=[0 0 16];num4=[0 0 36];den1=[1 0.5 1];den2=[1 1 4];den3=[1 2 16];den4=[1 3 36];t=[0:0.1:5];step(num1,den1,t);grid;hold;text(0.1,1.4,'wn=1');step(num2,den2,t);
text(1,1.4,'wn=2');step(num3,den3,t);text(2,1.4,'wn=4');step(num4,den4,t);text(4,1.4,'wn=6');
图1-3 n不同时系统的响应曲线
由此得到的响应曲线如图1-3所示：
3．系统稳定性判断
利用代数稳定判据可确定系统个别参数变化对系统稳定性的影响，以及为使系统稳定，这些参数应取值的范围。
K 根据单位负反馈系统的开环模型 G(s)(s2)(s4)(s26s25)可以求的闭环系统的特征方程式为：
D(s)s412s369s2198s200K0
则其劳斯阵列为：
s4s3s211252.552.519812(200K)52.5200K69198200K0200K
s1s0根据稳定条件: 52.519812(200K)＞0;200+K＞0;因此0＜K＜666.25
第三篇：广工物联网自动控制原理实验报告
实验报告
课程名称
自动控制原理
_ 学生学院
自动化学院
_ 专业班级___物联网工程（4）班___ 学
号____________ 学生姓名_________________ 组
员_________________ 指导教师_______李顺祥 ________
2018 年 1 月
一．实验目的
1、用MATLAB的命令
2、掌握MATLAB有关传递函数求取其零、极点计算的函数
3、掌握用MATLAB求取系统的数学模型
二．实验软件环境
1、计算机
2、MATLAB软件
三．实验内容
1、特征多项式的建立与特征根的求取
在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后果
>>p=[1,2,0,4];
构建特征多项式p(s)=s^3+3s^2+4的矩阵 >>r=roots(p)
求特征方程p(s)= p(s)=s^3+3s^2+4=0的特征根 >>p=poly(r)
从特征根构建特征多项式的矩阵
2、求单位反馈系统的传递函数
在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后果 >>numg=[1];deng=[500,0,0];
构建传递函数G(s)=1/500s^2的特征多项式 >>numc=[1,1];denc=[1,2];
构建传递函数Gc(s)=(s+1)/(s+2)的特征多项式
>>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc);
求G(s)Gc(s)>>[num,den]=cloop(num1,den1,-1)求开环传递函数G(s)Gc(s)的闭环传递函数
>>printsys(um,den)
输出传递函数
3、传递函数零、极点的求取
在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后果 >>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1];
构建传递函数G(s)=(6s^2+1)/(s^3+3s^2+3s+1)的特征多项式 >>z=roots(num1);
求G(s)的零点 >>p=roots(den1);
求G(s)的极点 >>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d3=[1,3];>>num2=conv(n1,n2)
求多项式(s+1)(s+2)>>den2=conv(d1,conv(d2,d3))
求多项式(s-2j)(s+2j)(s+3)>>printsys(num2,den2)
构建H(s)=(s+1)(s+2)/(s-2j)(s+2j)(s+3)>>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2);构建G(s)/H(s)的特征多项式的矩阵
>>printsys(num,den)
输出以多项式表示的传递函数 >>pzmap(num,den),title(‘极点-零点图’)
输出传递函数的极点和零点图
4、求反馈联接系统的传递函数
命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后果 >>numg=[1];deng=[500,0,0];
构建传递函数G(s)=1/500s^2的特征多项式 >>numh=[1,1];denh=[1,2];
构建传递函数H(s)=(s+1)/(s+2)的特征多项式 >>[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh)>>printsys(num,den)
5、自行利用MATLAB命令求取以下系统传递函数，并记录下结果
四．实验的结果及分析1、2、3、4、5、五．实验心得体会 通过本实验，我了解了基本的Mathlab指令，也让我认识到了mathlab的强大。还有通过本实验我主要了解了如何使用matlab指令求解传递函数以及其零极点，较为基础，但十分重要，为后面实验的开展打下基础。
一．实验目的
1、掌握MATLAB对系统进行时间响应分析
2、掌握一节惯性系统以及二阶系统的时间响应特征以及系统性能与系统参数之间的关系
二．实验软件环境
3、计算机
4、MATLAB软件
三．实验内容
1、使用MATLAB求一阶惯性系统的单位阶跃响应曲线。
系统传递函数：
在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果 >>t=[0:.5:5];>>y=1-exp(-2*t);>>plot(t,y’r’);>>axis[0 5 0 1.1];>>set(gca,’ytick’,0:.1:1.1);>>title(‘y(t)=1-exp(-2t)’);>>xlabel(‘t’);>>ylabel(‘y(t)’);>>grid 若系统传递函数：G(S)=10/s+1 自行编制在命令窗口运行命令，求其单位阶跃响应，并与上面的结果进行比较
2、使用MATLAB求二阶系统的单位阶跃响应曲线。系统传递函数如下：
在命令窗口如下运行命令，并记录各命令运行后结果 >>sysms s for zeta=[0:0.2:0.8,1:0.5:2] wn=0.4;wn=sym(num2str(wn));zet=sym(num2str(zeta));if zeta==0
figure(1)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+wn^2)),[0 80]);grid on title(‘xi=0’)elseif zeta==1 figure(2)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s+wn)^2),[0 80]);
hold on;else
figure(2)
ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+2*zeta*wn^2)),[0 80]);
hold on;end end grid on;title(‘xi:0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0’)axis([0 80 0 1.8])gtext(‘0.4’)gtext(‘1.0’)gtext(‘2.0’)
四．实验的结果及分析1、2、五．实验心得体会
做完了这次实验，我对如何使用Matlab对系统进行时域分析有了进一步的了解，包括对一阶和二阶系统，这是对系统分析的重要步骤。
一．实验目的
1、掌握MATLAB平台下绘制典型环节及系统开环传递函数的Bode图和Nyquist图（极坐标图）的方法
2、掌握利用Bode图和Nyquist图对系统性能进行分析的理论和方法
二．实验软件环境
5、计算机
6、MATLAB软件
三．实验内容
1、作各自典型环节的Bode图和Nyquist图，参数自定（1）比例环节
（2）积分环节
（3）惯性环节
（4）震荡环节
2、开环传递函数如下
作Bode图和Nyquist图：求取幅值裕度和相角裕度，据此判断闭环系统稳定性与相对稳定性；按Nyquist稳定盘踞判断闭环系统的稳定性。
四．实验的结果及分析
1、(1)
(2)
(3)
(4)
2、五．实验心得体会
本实验主要了解Matlab软件的使用以及使用matlab指令求传递函数的频率响应，了解各典型环节的频率响应，并求出某一开环传递函数的伯德图，通过其幅值裕量和相角裕量，判断系统的稳定性。这是一整个对系统进行频域分析的步骤，十分重要！
第四篇：《自动控制原理》复习题
个人整理精品文档，仅供个人学习使用
《自动控制原理》复习题
一、填空题（每小题分，共分）、线性定常系统稳定的充要条件是闭环系统的所有特征根必须。、c
越大
ts。、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是。、极坐标图上以坐标原点为圆心的单位圆和图上的对应。、如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环零点之间
（其中一个零点可以位于无穷远处)，则在这两个零点之间必定存在。、要改善
essr
通常可采用两种方式：）增加前向通路的增益；）。、经典控制理论的三大问题是稳定性、和动态性能。、根据控制信号的不同，可以将控制系统分为和随动控制系统。、如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离越远越好。、开环控制和是控制系统的两种基本形式。、一般来说，满足的系统称为线性系统，我们又常称为线性可加性。、组成系统的控制装置与被控对象之间，只有顺向作用而没有反向联系的控制称之为。、用标明传递函数的方块和连接线表示系统功能的图形叫。、在劳斯表中，第一列的所有元素均大于零，那么系统。、在二阶系统中，n
称为。、在自动控制系统中，使用速度反馈与微分顺馈可以改善系统的。、开环幅相频率特性曲线越靠近（－）点，系统的稳定程度。、一个控制系统的控制作用能否对系统的所有状态产生影响，从而能对系统的状态实现控制，称为。、控制系统的反馈分为状态反馈和两种。、相位裕量和是相对稳定性的两个重要指标。
二、选择题（每小题分，共分）、设线性定常系统的闭环特征方程的根为
si，,⋯，则该系统稳定的充分必要条件为（）。
．
[]
．[]
．
[]
．
[]、在二阶系统的欠阻尼（＜
ξ
＜）阶跃响应曲线中，阻尼比越小，那么（）。
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用
．超调量越大
上升时间越小．超调量越小
上升时间越大
．超调量越小
上升时间越小．超调量越大
上升时间越大、对于开环增益为的Ⅰ型系统，在阶跃信号
()作用下的稳态误差为（）。
．
A
(1
K)
．．
A
K
．
AK、下面种关于系统开环频率特性的描述中，错误的是（）。
．开环频率特性的低频段决定了系统的无差度和开环增益。
．幅频对数特性的中频穿越频率是－，并且中频段宽度
h
时，系统一定是稳定的，并
且动态性能比较好。
．系统的开环截止频率
c
与调节时间
ts
成正比；相位裕度
c
和阻尼比
成正比。
．高阶系统为了保证抗干扰性能，高频衰减率应为
vh
~
5。、开环系统的极坐标图如下，不稳定的是图（）。、设某系统的相位裕度是
co，开环截止频率是
co，要求校正后相位裕度为
c，开环截止频
率为
c，适合用滞后校正的条件是（）。
．
．
co
c,co
c
．
co
c,co
c
co
c,co
c
．
co
c,co
c、二阶振荡环节，产生谐振峰值的条件是（）。
．
0.707
．
0
1．．
0.707、常用的比例、积分与微分控制规律的另一种表示方法是（）。
（）
．．．．、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡频率
n
保持不变时，（）
.阻尼比
ξ越大，系统的调整时间越大
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用
.阻尼比
ξ越大，系统的调整时间越小
.阻尼比
ξ越大，系统的调整时间不变
.阻尼比
ξ越大，系统的调整时间不定、在系统开环传递函数中增加零点，将使系统的动态性能
（）
.变好
.变差
.不变
.不定
三、名词解释（每题分，共分）
.自动控制
.线性定常系统
.稳态误差
.相对稳定性
.根轨迹法
四、简答题（每题分，共分）、简述采用传递函数描述系统的特点。、请写出梅逊公式的表达式，并说明公式中每个参数的含意。、试述扰动信号对系统稳态误差的影响，并写出减小或消除扰动引起的稳态误差的措施。、根轨迹如果穿过虚轴，如何计算根轨迹与虚轴交点的坐标。、简述最小相位系统，并说明其主要特点。、简述奈氏稳定判据。
五、计算题（每题分，共分）
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用、已知系统特征方程为
s4
3s3
6s2
3s
0，试用代数稳定性判据判别系统的稳定性。、已知反馈控制系统结构图如右图所示。
试
确
定
结
构
参
数
和
τ，使
M
p
20%,t
p
1s，并计算调节时间
ts。
一、填空题（每小题分，共分）、线性定常系统稳定的充要条件是闭环系统的所有特征根必须。、c
越大
tr。、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是。、极坐标图上以坐标原点为圆心的单位圆和图上的对应。、如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间则在这两个极点之间必定存在。、要改善
essn
通常可采用两种方式：）增加前向通路的增益；）。、自动控制系统的基本要求是稳、准和。、根据时间信号的不同，可以将控制系统分为和离散时间系统。、如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离越远越好。、开环控制和是控制系统的两种基本形式。、一般来说，满足的系统称为线性系统，我们又常称为线性可加性。、组成系统的控制装置与被控对象之间，有顺向作用还有反向联系的控制称之为。、用标明传递函数的方块和连接线表示系统功能的图形叫。、在劳斯表中，第一列元素的符号变化次数代表。、在二阶系统中，d
称为。、在自动控制系统中，为了改善系统的动态性常采用与微分顺馈的方法。
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用、开环幅相频率特性曲线越远离（－）点，系统的稳定程度。、一个控制系统能否通过输出量把系统的初始状态识别出来，称为。、控制系统的反馈分为状态反馈和两种。、相位裕量和是相对稳定性的两个重要指标。
二、选择题（每小题分，共分）、设线性定常系统的闭环特征方程的根为
si，,⋯，则该系统稳定的充分必要条件为（）。
．[]
．[]
．
[]
．
[]、在二阶系统的欠阻尼（＜
ξ
＜）阶跃响应曲线中，阻尼比越大，那么（）。
．超调量越
大
调整时间越小．超调量越小
调整时间越大．超调量越小
调整时间越小．超调量越大调整时间越大、对
于
开
环
增
益
为的Ⅰ
型
系
统，在阶
跃
信
号
()
作
用
下的稳
态
误
差
为
（）。．
A
(1
K)
．．
A
K
．
AK、下面种关于系统开环频率特性的描述中，错误的是（）。
．开环频率特性的低频段决定了系统的无差度和开环增益。
．幅频对数特性的中频穿越频率是－，并且中频段宽度
h
时，系统一定是稳定的，并
且动态性能比较好。
．系统的开环截止频率
c
与调节时间
ts
成正比；相位裕度
c
和阻尼比
成正比。
．高阶系统为了保证抗干扰性能，高频衰减率应为
vh
~
5。、开环系统的极坐标图如下，不稳定的是图（）。、设某系统的相位裕度是
co，开环截止频率是
co，要求校正后相位裕度为
c，开环截止频
率为
c，适合用超前校正的条件是（）。
．
coc,coc
．
co
c,coc
/
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．
co
c,co
c
．
co
c,co
c、二阶振荡环节，产生谐振峰值的条件是（）。
．
0.707
．
0
1．．
0.707、常用的比例、积分控制规律的另一种表示方法是（）。
．．．．、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡频率
保持不变时，（）
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越大
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越小
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不变
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不定、在系统开环传递函数中增加极点，将使系统的稳定性
（）。
.变好
.变差
.不变
.不定
三、名词解释（每题分，共分）
.传递函数
.线性定常系统
.稳定性
.闭环主导极点
.稳定裕量
四、简答题（每题分，共分）、简述结构图化简的原则。
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用、简述信号流图中前向通路是怎么定义的。、简述控制系统稳态误差的三要素。、简述根轨迹的分离点和会合点，并写出分离点和会合点的计算方法。、简述最小相位系统，并说明其主要特点。、简述波德图上的奈氏稳定判据。
五、计算题（每题分，共分）、已知系统的闭环特征方程为
s6
2s5
8s4
12s3
20s2
16s
0，试用代数稳定判
据判断该系统是否稳定，如不稳定请说明引起系统不稳定的根的个数；如临界稳定，请求取使系统临界稳定的共轭虚根。
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用、有扰系统如下图所示，已知输入信号
R（s)
1/
s，扰动信号
N
(s)
1/
s，试求该系统的稳态误差。
N(s)
R(s)
K
K
C(s)
s
一、填空题（每小题分，共分）、线性定常系统稳定的充要条件是闭环系统的所有特征根必须。、c
越大
tr。、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是。、极坐标图上以坐标原点为圆心的单位圆和图上的对应。、如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间则在这两个极点之间必定存在。、要改善
essn
通常可采用两种方式：）增加前向通路的增益；）。
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用、自动控制系统的基本要求是稳、准和。、根据时间信号的不同，可以将控制系统分为和离散时间系统。、如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离越远越好。、开环控制和是控制系统的两种基本形式。、一般来说，满足的系统称为线性系统，我们又常称为线性可加性。、组成系统的控制装置与被控对象之间，有顺向作用还有反向联系的控制称之为。、用标明传递函数的方块和连接线表示系统功能的图形叫。、在劳斯表中，第一列元素的符号变化次数代表。、在二阶系统中，d
称为。、在自动控制系统中，为了改善系统的动态性常采用与微分顺馈的方法。、开环幅相频率特性曲线越远离（－）点，系统的稳定程度。、一个控制系统能否通过输出量把系统的初始状态识别出来，称为。、控制系统的反馈分为状态反馈和两种。、相位裕量和是相对稳定性的两个重要指标。
二、选择题（每小题分，共分）、设线性定常系统的闭环特征方程的根为
si，,⋯，则该系统稳定的充分必要条件为（）。
．[]
．[]
．
[]
．
[]、在二阶系统的欠阻尼（＜
ξ
＜）阶跃响应曲线中，阻尼比越大，那么（）。
．超调量越
大
调整时间越小．超调量越小
调整时间越大．超调量越小
调整时间越小．超调量越大调整时间越大、对
于
开
环
增
益
为的Ⅰ
型
系
统，在阶
跃
信
号
()
作
用
下的稳
态
误
差
为
（）。．
A
(1
K)
．．
A
K
．
AK、下面种关于系统开环频率特性的描述中，错误的是（）。
．开环频率特性的低频段决定了系统的无差度和开环增益。
．幅频对数特性的中频穿越频率是－，并且中频段宽度
h
时，系统一定是稳定的，并
且动态性能比较好。
．系统的开环截止频率
c
与调节时间
ts
成正比；相位裕度
c
和阻尼比
成正比。
．高阶系统为了保证抗干扰性能，高频衰减率应为
vh
~
5。
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用、开环系统的极坐标图如下，不稳定的是图（）。、设某系统的相位裕度是
co，开环截止频率是
co，要求校正后相位裕度为
c，开环截止频
率为
c，适合用超前校正的条件是（）。
．
．
co
c,co
c
co
c,co
c
．
．
co
c,co
c
co
c,co
c、二阶振荡环节，产生谐振峰值的条件是（）。
．
0.707
．
0
1．．
0.707、常用的比例、积分控制规律的另一种表示方法是（）。
．．．．、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡频率
保持不变时，（）
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越大
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越小
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不变
.阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不定、在系统开环传递函数中增加极点，将使系统的稳定性
（）。
.变好
.变差
.不变
.不定
三、名词解释（每题分，共分）
.自动控制
.线性定常系统
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用
.稳态误差
.相对稳定性
.根轨迹法
四、简答题（每题分，共分）、简述采用传递函数描述系统的特点。、请写出梅逊公式的表达式，并说明公式中每个参数的含意。、试述扰动信号对系统稳态误差的影响，并写出减小或消除扰动引起的稳态误差的措施。、根轨迹如果穿过虚轴，如何计算根轨迹与虚轴交点的坐标。、简述最小相位系统，并说明其主要特点。
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用、简述奈氏稳定判据。
五、计算题（每题分，共分）、已知单位负反馈系统如下图所示，R(s)
K
C(s)
s
(s+1)(s+5)
()
求使闭环系统稳定的的取值范围。
（本小题分）
()
如果要求闭环特征方程的所有根的实部都小于－，求的取值范围。
（本小题分）
/
个人整理精品文档，仅供个人学习使用
K
g、已知单位负反馈系统的开环传递函数为
Go
(s)，试绘制其根轨迹。
s(s
1)(s
5)
/
第五篇：自动控制原理总结报告
自动控制原理总结报告
专 业 自动化 班 级 09自动化<1>班 姓 名 学 号
完成 时间
自动控制原理总结报告
摘要: 本学期我们学习了自动控制原理的前前8章，重点介绍了前6章，离散系统的分析与线性系统类似。自动控制技术所取得的成就和起到的作用给各行各业的人们留下了深刻的印象。从最初的机械转速、位移的控制到工业过程中对温度、压力、流量、物位的控制，从远洋巨轮到深水潜艇的控制，而今的数控机床，汽车工业，自动控制技术的应用几乎无处不在。关键是自动控制理论和技术已经介入到了电气、机械、航空、化工、核反应等诸多的学科和领域。所以越来越多的工程技术人员和科学工作者开始了解和关注自动控制的知识。关键字：控制 方法 发展 正文:
一、自动控制理论的分析方法：（1）时域分析法；（2）频率法；（3）根轨迹法；（4）状态空间方法；（5）离散系统分析方法；（6）非线性分析方法
系统的数学模型(1)解析表达：微分方程；差分方程；传递函数；脉冲传递函数；频率特性；脉冲响应函数；阶跃响应函数(2)图形表达：动态方框图（结构图）；信号流图；零极点分布；频率响应曲线；单位阶跃响应曲线
自动控制原理基础系列课程内容体系具有系统性、科学性、先进性、实用性，对课程体系进行了改革确立了以系统分析、系统建模、系统综合为自动控制原理课程的主线构建了由时域分析、复域分析、频域分析、系统校正4个模块构成的知识体系。
从课程的体系出发以系统建模→系统分析→综合设计作为课程主线。数学模型是描述系统内部各物理量或变量之间关系的数学表达式建立一个合理的模型是系统分析和设计的前提。从不同的角度对系统进行建模加深对这方面内容的理解。例如可用船舶上的电机调速系统为例通过建立它的微分方程、传递函数、结构图、信号流图这些不同的数学模型来建立各模型的联系。
系统分析方法是控制系统综合设计的基础这部分的内容主要包括时域分析法、根轨迹法、频域响应法是控制理论的重点。在控制系统中稳定性、快速性和准确性是对控制系统的基本要求也是衡量系统性能的重要指标控制系统不同的分析问题方法都是紧紧围绕这三个方面展开的。只要抓住这个特点就抓住了系统分析的关键有助于加深对不同方法的理解。例如以我军某军舰上的雷达定位系统为例假设给定目标信号要求设计控制器使系统在给定输入下跟踪指定目标最小且抗干扰性最好。这些生动的工程实例大大激发了我的兴趣使我感受到了控制理论的魅力深刻理解了
结合控制理论的发展更新教学内容近年来控制理论得到了蓬勃发展特别在非线性控制、分布参数控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等方向上取得了重要进展。例如每章结束后都开设一个专题介绍本学科的发展动态这种方法扩大了我们的知识面培养了我们探索科学技术的兴趣。结合船舶电气的发展而言近几年来随着电力、电子、控制技术、通讯及信息技术等的不断发展及其在船舶上的广泛应用船舶电气自动化程度大大地提高。新一代大功率半导体电力电子器件在材料、理论、机理、制造工艺和应用技术等方面的研究开发取得了突破性的进展船舶设备进一步向高可靠、节能型方向发展对船舶电力推进和辅机电力拖动技术带来重大变革可编程序控制器和单片机已逐渐发展成为船舶控制中的一种普遍控制方式。自动控制原理课程虽然是电专业的基础专业课程但是一般学时安排也不十分充裕。要想在有限的时间内把这门理论性和工程应用性都很强的课程学好必须认真的学习。例如在课程绪论部分通过与专业相关的典型示例引出控制、开环控制、闭环控制以及反馈等基本概念使我们认识到学习本课程的重要性并对控制理论在专业发展的作用有了一定的了解。
二、控制未来发展
1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自动控制的结合物,是一类无需人的干预就能够独立地驱动智能机器,实现其目标的自动控制。智能控制的注意力并不放在对数学公式的表达、计算和处理上,而放在对任务和模型的描述,符号和环境的识别以及知识库和推理机的设计开发上。智能控制用于生产过程,让计算机系统模仿专家或熟练操作人员的经验,建立起以知识为基础的广义模型,采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示和自学习、推理与决策等智能化技术,对外界环境和系统过程进行理解、判断、预测和规划,使被控对象按一定要求达到预定的目的。智能控制的理论基础是人工智能,控制论,运筹学和系统学等学科的交叉。2.非线性控制(Nonlinear Control)非线性控制是复杂控制理论中一个重要的基本问题,也是一个难点课题,它的发展几乎与线性系统平行。非线性系统的发展,数学工具是一个相当困难的问题,泰勒级数展开对有些情况是不能适用的。古典理论中的“相平面”法只适用于二阶系统,适用于含有一个非线性元件的高阶系统的“描述函数”法也是一种近似方法。由于非线性系统的研究缺乏系统的、一般性的理论及方法,于是综合方法得到较大的发展。
3.自适应控制(Adaptive Control)自适应控制系统通过不断地测量系统的输入、状态、输出或性能参数,逐渐了解和掌握对象,然后根据所得的信息按一定的设计方法,作出决策去更新控制器的结构和参数以适应环境的变化,达到所要求的控制性能指标。4.鲁棒控制(Robust Control)过程控制中面临的一个重要问题就是模型不确定性,鲁棒控制主要解决模型的不确定性问题,但在处理方法上与自适应控制有所不同。自适应控制的基本思想是进行模型参数的辩识,进而设计控制器。控制器参数的调整依赖于模型参数的更新,不能预先把可能出现的不确定性考虑进去。而鲁棒控制在设计控制器时尽量利用不确定性信息来设计一个控制器,使得不确定参数出现时仍能满足性能指标要求。
鲁棒控制认为系统的不确定性可用模型集来描述,系统的模型并不唯一,可以是模型集里的任一元素,但在所设计的控制器下,都能使模型集里的元素满足要求。鲁棒控制的一个主要问题就是鲁棒稳定性。5.模糊控制(Fuzzy Control)模糊控制借助模糊数学模拟人的思维方法,将工艺操作人员的经验加以总结,运用语言变量和模糊逻辑理论进行推理和决策,对复杂对象进行控制。模糊控制既不是指被控过程是模糊的,也不意味控制器是不确定的,它是表示知识和概念上的模糊性,它完成的工作是完全确定的。
1974年英国工程师E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理论用于锅炉和蒸气机的控制以来,开辟了Fuzzy控制的新领域,特别是对于大时滞、非线性等难以建立精确数学模型的复杂系统,通过计算机实现模糊控制往往能取得很好的结果。6.神经网络控制(Neural Network Control)神经网络是由所谓神经元的简单单元按并行结构经过可调的连接权构成的网络。神经网络的种类很多,控制中常用的有多层前向BP网络,RBF网络,Hopfield网络以及自适应共振理论模型(ART)等。
神经网络控制就是利用神经网络这种工具从机理上对人脑进行简单结构模拟的新型控制和辨识方法。神经网络在控制系统中可充当对象的模型,还可充当控制器
7.实时专家控制(Real Time Expert Control)专家系统是一个具有大量专门知识和经验的程序系统,它应用人工智能技术,根据某个领域一个或多个人类专家提供的知识和经验进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以解决那些需要专家决定的复杂问题。专家系统和传统的计算机程序最本质的区别在于:专家系统所要解决的问题一般没有算法解,并且往往要在不完全、不精确或不确定的信息基础上作出结论。
实时专家系统应用模糊逻辑控制和神经网络理论,融进专家系统自适应地管理一个客体或过程的全面行为,自动采集生产过程变量,解释控制系统的当前状况,预测过程的未来行为,诊断可能发生的问题,不断修正和执行控制计划。实时专家系统具有启发性、透明性、灵活性等特点,目前已经在航天试验指挥、工业炉窑的控制、高炉炉热诊断中得到广泛应用。目前需要进一步研究的问题是如何用简洁语言来描述人类长期积累的经验知识,提高联想化记忆和自学习能力。8.定性控制(Qualitative Control)定性控制是指系统的状态变量为定性量时(其值不是某一精确值而只知其处于某一范围内),应用定性推理对系统施加控制变量使系统在某一期望范围。定性控制与模糊控制的区别:模糊控制不需建模,其控制律凭经验或算法调整,而定性控制基于定性模型,控制规则基于对系统的定性分析;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。
定性控制面临的问题:发展定性数学理论,改进定性推理方法,注重定性和定量知识的结合;研究定性建模方法,定性控制方法;加强定性控制应用领域的研究。9.预测控制(Predictive Control)预测控制是在工业实践过程中独立发展起来的一种新型控制方法,它不仅适用于工业过程这种“慢过程”的控制,也能适用于快速跟踪的伺服系统这种“快过程”控制。目前实用的预测控制方法有动态矩阵控制(DMC),模型算法控制(MAC),广义预测控制(GPC),模型预测启发控制(MPHC)以及预测函数控制(PFC)等。这
最近有人提出一种新的基于主导内模概念的预测控制方法:结构对外来激励的响应主要由其本身的模态所决定,即结构只对激励信息中与其起主导作用的几个主要自振频率相接近的频率成分有较大的响应。目前利用神经网络对被控对象进行在线辨识,然后用广义预测控制规律进行控制得到较多重视。
预测控制目前存在的问题是预测精度不高;反馈校正方法单调;滚动优化策略少;对任意的一般系统,其稳定性和鲁棒性分析较难进行;参数调整的总体规则虽然比较明确,但对不同类型的系统的具体调整方法仍有待进一步总结。10.分布式控制系统(Distributed Control System)分布式控制系统又称集散控制系统,是70年代中期发展起来的新型计算机控制系统,它融合了控制技术(Control),计算机技术(Computer),通信技术(Communication),图像显示技术(CRT)的“4C”技术,形成了以微处理器为核心的系统,实现对生产过程的监视、控制和管理。
既打破了常规控制仪表功能的局限,又较好地解决了早期计算机系统对于信息、管理过于集中带来的危险,而且还有大规模数据采集、处理的功能以及较强的数据通信能力。
分布式控制系统既有计算机控制系统控制算法灵活,精度高的优点,又有仪表控制系统安全可靠,维护方便的优点。它的主要特点是:真正实现了分散控制;具有高度的灵活性和可扩展性;较强的数据通信能力;友好而丰富的人机联系以及极高的可靠性。
总结：通过这一学期的学习，我对自动控制原理这门课有了深刻的认识，现在能够简单的分析一些问题了，过程实验给我们很大的提高。虽然现在还不知道未来要从事什么行业，但不管怎样要学好当前的每门课。基础一定要打好。
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