《自动控制原理与系统》学习及心得

第一篇：《自动控制原理与系统》学习及心得

《自控原理与系统》学习及心得体会

自控原理学习内容

在整个学期的学习中，我们一共学习了五章内容，第一章是自动控制系统的概论;第二章是系统的数学模型;第三章是时域分析法;第四章是频域分析法;第五章是系统的校正方法.第一章是自动控制系统的概论，主要内容有自动控制的定义，基本控制方法及特点，对控制系统性能的基本要就，自动控制系统的方块图表示方法，自动控制系统的分类和一些经典的自动控制系统的实例分析等。在学习的过当中，我知道了所谓自动控制系统就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象和被控量，使其按照预定的规律运作和变化。基本控制方式是利用传感器感应信息，将信息放大处理后变成电信号作用于系统,使系统自动调节.对于一个控制系统,我们的要求是快速,稳定,准确.对于一阶系统,通过调节PID,能快速的打到目的。对于二阶系统,我们要求其单位阶跃响应要是处于欠阻尼状态.我们系统是否稳定可以用劳斯稳定判据来判定。控制系统的主要分类为:闭环控制系统、开环控制系统、定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统、线性控制系统、非线性控制系统、连续控制系统、离散控制系统、单变量控制系统和多变量控制系统。自动控制系统的方块图表示，组成系统的每个环节用一个方块表示，环节间用带箭头的线段连接，称为信号线，只能单方向传递。信号的比较用◎表示，他具有对几个信号进行求和的功能，一般在多个输入信号的信号线旁边标“+”“-”表示信号的极性。自控的方块图表示如

下，除此之外，老师还给我们精讲了烘烤炉温度控制的实例。

第二章，拉皮拉斯变换及其应用

在本章节中，老师重点讲了拉普拉斯变换，它是一种函数的变换方法，利用拉氏变换可以将微分方程变换成代数方程，便于求解。拉普拉斯变换主要是用来求解在时间域系统的输入和输出的偏微分方程，拉普拉斯变换主要就是把时间域变到复频域。在讲拉氏变换的时候还涉及到了阶跃函数，脉冲函数，斜坡函数，指数函数，正弦函数等常见函数。在本章中，还有拉氏变换的运算定理，拉氏反变换，拉氏变换举例等内容，老师重点讲了举例的地方，我们要求不论是一阶系统还是二阶系统，都要能够在过渡时间内快速达到稳态值的0.95-0.93。二阶系统要处于欠阻尼状态。由于拉氏变换公式很难记，老师鼓励我们查表。

第三章，本章主要是通过微分方程，传递函数和系统框图建立自动控制系统的数学模型，利用数学模型描述系统的输入量和输出量以及内部各变量之间的关系。控制系统的微分方程的建立和微分方程的求解，在这当中就用到了第二章学到的拉氏变换来求解，在讲道传递函数时我知道了它是系统数学表达式的一种形式，还有系统框图，这几个名词之间是有很大关系的，建立好数学模型，没有传递函数不行，没有系统框图也不行。老师重点讲了系统框图和传递函数的建立，传递函数的建立主要是用梅逊公式，通过系统的框图，结合梅逊公式把系统的传递函数写出。在学习梅逊公式的时候，我知道了没逊公式的计算方式，利用梅逊公式可以很快的列出系统的传递函数，自控系统 的结构图是系统传递函数图形化的描述方式，是图形化的数学模型，由系统的每个环节组成，能直观的表示系统的结构特点以及各个参变量和作用量在系统中的作用，表示各个环节的相互联系。

第四章主要是说控制系统的时域分析法，说的是时域分析法对于线性定常系统，可基于系统的微分方程，利用拉氏变换为数学工具，直接求解系统的时域响应。并利用想应该表达式或响应曲线分析自动控制系统的性能，一个系统的时域响应取决于系统本身的结构参数，又与系统的初始状态以及作用于系统的外作用有关。阶跃响应的性能指标，把控制系统的响应时间顺序可分为动态过程和稳态过程，分析动态过程可以评价系统的快速性和稳定性，分析系统的稳态过程可以评价系统的准确性，对于阶跃响应的性能指标，我们要求调整时间要短，超调量不能太大，稳态误差要越小越好，最好等于零。这几个变量是相互矛盾的，所以要均衡好，平衡调节才可以使系统处于最佳状态，系统效率达到最大化。对于二阶系统，要让它工作在欠阻尼状态下，阻尼比应取0.707左右。这样系统具有快速性，又有过度构过程的稳定性。系统的稳定性要求系统受到外界的扰动后能在一定时间内恢复原状态，对于系统的稳定可以用劳斯判据进行计算判定。

第五章 系统频域特性分析法，虽然老师没怎么讲课，但是经过老师的指点，也对这章节有一定的了解，频域分析法是控制理论中常用的方法之一。是一种图解法，通过系统的开环特性的图形来分析闭环系统的性能。频率特性不仅可以有微分方程和传递函数求解，还可以经过试验的方式求得。对于系统分析具有极大的现实意义。频率特

性是系统对不同频率正弦输入信号的响应特性，对于一个稳定的线性系统，其输出量的幅值与输入量的幅值对频率的变化称为幅频特性，其输出相位与输入相位对频率的变化称为相位频率特性。两者称为频率特性和幅相特性。频率特性的特性：频率特性是以线性定常系统为基础的且假定微分方程是稳定的情况下推导出来的；频率特性对系统的控制元件和部件，控制装置都适用；表达式含有系统或元件部件的全部结构参数；频率特性和微分方程及传递函数一样，也是系统或元件的动态数学模型；利用频率特性可以根据开环系统频率特性分析闭环系统的性能。

学习心得，随着学期期末的到来，《自动控制原理与系统》这门课程的学习也进入了尾声，以上是我对这门课程的总结，在学习的过程当中虽然遇到了许多困难，但是在老师的悉心指导下还是一一克服了困难。随着圣餐发展和科学的进步，自动制动控制系统这技术一定会广泛应用到各个领域中去。现在学习的知识还远远不够，纸上谈兵都只能谈两页，用到实践中的又回更少了。在老师的教导下，让我们懂得了学习的重要性，在老师在课堂上穿插的话外题中，不仅让我学到了课本的知识，还让我学到了一股争气，青年人要争，这使我受益匪浅。老师不仅在教学，更是在育人。教我们学习做人面面俱到，使我更加坚定了人生道路，活到老学到老，使我们更加有气质和内涵，人只有有了气质和内涵才不会被看低，站在人群中才能有一种无以言表的成就感。今后我还将继续努力学习，为自己的人生道路上留下更多的色彩。最后还是得感谢老师的栽培！

10楼宇一班

黄湛 20123456

2011年11月26日

第二篇：《自动控制原理》课程学习心得体会

《自动控制原理》课程学习心得体会

***（***）

2010级电子科学与技术

我是一名电子科学类的学生，专业的培养目标就是要求我们能在电子信息处理、电子系统与通信方面从事产品设计、制造、调试和新技术、新工艺的研究、开发，加之自己对这些的兴趣，因此有必要学习自动控制原理这门课程。大学的需要我们做的更多的是自学、会学，比如一门课程要把握这门课的整体框架，即这门课多的灵魂所在，毕竟我们学的东西很多，如果不每天使用这些，一段很长的时间以后我们又能够记得多少呢，把握一门课的整体框架很重要；还有就是要培养自己快速学习的能力，这个世界有很多东西要学，我们所处的IT 行业新知识的更新速度更是飞快，以后在工作岗位上的许多知识技能都要从头开始，一个人最大的竞争优势就是能在最短的时间内掌握应有的技能……

没有上课以前我所认为的自动控制原理就是讲一些自动控制的某些方法，等接触到这门课程才发现这门课程用到了还多的方面的基本知识，深入了解之后才知道这门课程讲的是一些控制原理的一些原理，自动控制原理的思路，一些数学模型，以及线性系统的分析……

本书的第一章对自动控制原理做了一个概述，正如老师所讲，学一门课程要先了解这门课程的整体结构，反馈控制的基本思想、基本原理、基本方法就是本书的重点，其基本原理是取被控量的反馈信息，用以不断地修正被控量与输入量之间的误差，从而实现对被控对象进行控制的任务。课程的主要内容包括：经典控制理论，现代控制理论，两套理论的建模、分析与综合等。这就是本书的整体框架。

接着开始讲的就是控制系统的数学模型的主要内容，主要讲述了控制系统的实域数学模型、复数域数学模型、结构图与信号流图，此外，还列举了一些具体的建模实例，第三章讲的就是线性系统的时域分析法，首先应掌握典型的输入输出信号，以及什么是动态和稳态过程以及它们的性能。重点是线性连续系统的动态过程分析。一阶系统的分析是指一阶微分方程作为运动方程的控制系统，需要掌握的内容是一届系统对典型输入信号的输出响应。二阶系统是指以二阶微分方程作为运动方程的控制系统，以二阶系统的单位阶跃响应为例，分别研究了欠阻尼的单位阶跃响应，临界阻尼，过阻尼二阶系统的单位阶跃响应。劳斯稳定判据是根据所列劳斯表第一列系数符号的变化，去判别特征方程式根在S平面上的具体分布，过程如下： 如果劳斯表中第一列的系数均为正值，则其特征方程式的根都在S 的左半平面，相应的系统是稳定的。如果劳斯表中第一列系数的符号有变化，其变化的次数等于该特征方程式的根在S 的右半平面上的个数，相应的系统为不稳定。之后讲的是线性系统的稳定误差分析计算，主要讨论了线性控制系统由于系统结构，输入作用形式和类型所产生的稳态误差，其中包含有系统类型域稳态误差的关系，同时介绍定量描述系统误差的静态误差系数法。

然后我们讨论了线性系统分析方法的根轨迹法，由于是图解方法，所以使用起来更加简便，所谓根轨迹就是指开环系统某一参数从零到无穷时，闭环系统特征方程的根在S平面上变化的轨迹。首先我们应先根据闭环传递函数方程求出特征方程的根，然后令开环增益K 从零开始到无穷，利用数学上的解析方法求解出闭环节点的全部数值，将这些数值标注在S平面上，并连成光滑的粗实线。绘制根轨迹的目的主要是为了分析系统参数对特征根的影响。不同参数会导致特征根不同，也就是在特征根在根轨迹上的位置不同，1.只要绘制的根轨迹全部位于S平面左侧，就表示系统参数无论怎么改变，特征根全部具有负实部，则系统就是稳定的。

2.若在虚轴上，表示临界稳定，也就是不断振荡 3.假如有根轨迹全部都在S 右半平面，则表示无论选择什么参数，系统都是不稳定的。

根轨迹法的基本任务在于：如何由已知的开环零、极点的分布及根轨迹增益，通过图解的方法找出闭环极点。一旦闭环极点被确定，闭环传递函数的形式便不难确定，因为闭环零点可由式直接得到。在已知闭环传递函数的情况下，闭环系统的时间响应可利用拉氏反变换的方法求出，或利用计算机直接求解。开环系统的根轨迹增益与开环系统的增益K 之间仅相差一个比例常数，这个比例常数只与开环传递函数中的零点和极点有关。根轨迹增益（或根轨迹放大系数）是系统的开环传递函数的分子﹑分母的最高阶次项的系数为1的比例因子。利用根轨迹我们可以求出系统的稳定性，系统的稳态性能，系统的动态性能等。绘制根轨迹的相角条件与系统开环根轨迹增益K 值的大小无关。即在S平面上，所有满足相角条件的点的集合的构成系统的根轨迹图。即相角条件是绘制根轨迹的主要依据。绘制根轨迹的幅值条件与系统开环根轨迹增益K 值的大小有关。即K 值的变化会改变系统的闭环极点在S平面上的位置。在系数参数全部确定的情况下，凡能满足相角条件和幅值条件的S 值，就是对应给定参数的特征根，或系统的闭环极点。由于相角条件和幅值条件只与系统的开环传递函数有关，因此，已知系统的开环传递函数便可绘制出根轨迹图。绘制根轨迹的法则在总结里就不在列写，主要是书上都有，此小结主要写自己的感悟。

最后讲述了线性系统的频域分析法，由于控制中的信号可以表示为不同频率正弦信号的合成，应用频率特性研究系统的经典方法就是所谓的频域分析法。频域分析法是应用频率特性研究线性系统的一种图解方法。频率特性和传递函数一样，可以用来表示线性系统或环节的动态特性。建立在频率特性基础上的分析控制系统的频域法弥补了时域分析法中存在的不足，因而获得了广泛的应用。所谓频率特性，是指在正弦输入信号的作用下，线性系统输出的稳态响应。接下讨论的是频率特性的图像表示法方法主要有三种，即极坐标图、对数坐标图和对数幅相图。

本总结报告到此结束了，在此祝愿老师心想事成，工作顺利。

第三篇：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。

第四篇：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。

第五篇：《自动控制原理》复习题

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《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（）。

/

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．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

/

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.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

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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）

/

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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)

/