上海应用技术大学自动控制原理

科目名称：自动控制原理

适用专业：控制理论与控制工程

参考书目：《自动控制原理》丁肇红等，西安电子科技大学出版社;

《自动控制原理习题解析》丁肇红等，西安电子科技大学出版社;

考试时间：3小时

考试方式：笔试

总　　分：150分

考试范围：只考经典控制理论(不包含非线性部分)。

第一章 绪论

1. 重点掌握自动控制系统的工作原理、自动控制系统的组成与几种不同分类。

2. 重点掌握通过实例分析反馈控制的工作原理和框图表示，基本控制方式和对控制系统的基本要求。

第二章 线性系统的数学模型

控制理论的两大任务是系统分析与系统设计，系统分析和设计中首先要建立被研究系统的数学模型。本章主要给出经典控制理论使用的系统数学模型——传递函数的建立。

本章要求：

1.掌握的概念：传递函数;极点、零点;开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数;典型环节的传递函数。

2.重点掌握建立电气系统、机械系统的微分方程和传递函数模型的方法。

3.重点掌握方框图化简或信号流图梅森增益公式获得系统传递函数的建模方法。

第三章 控制系统时域分析

根据研究系统采用的不同数学模型，分析方法是不同的，本章给出利用系统传递函数数学模型求取时间响应的系统时域分析法。主要是分析系统的三大基本性能，即系统的稳(稳定性)、准(准确性)、快(快速性)。稳定性是系统工作的必要条件;快速性和相对稳定程度(振荡幅度)是评价系统动态响应的性能指标;准确性是指系统稳态响应的稳态精度，用稳态误差来衡量，需注意：讨论的稳态误差是指由输入信号和系统结构引起的系统稳态时的误差。

本章要求：

1.掌握的概念：稳定性;动态(或暂态)性能指标(最大超调量、上升时间、峰值时间、调整时间);稳态(静态)性能指标(稳态误差);一阶、二阶系统的主要特征参量;欠阻尼、临界阻尼、过阻尼系统特点;主导极点。

2.重点掌握系统稳定性判别(Routh判据);稳态误差终值计算(包括三个稳态误差系数Kp、Kv、Ka的计算);二阶系统动态性能指标计算和单位阶跃响应。

第四章 根轨迹法

闭环系统特征方程的根(系统闭环极点)在S平面的分布完全决定了系统的稳定性、主要决定了系统的动态性能，因此利用根轨迹(闭环系统特征方程的根随系统参数变化在S平面所形成的轨迹)可对系统性能进行分析。根轨迹法是经典控制理论系统分析与设计的两大主要方法之一，是利用开环传递函数分析闭环系统性能。根轨迹绘制依据根轨迹方程(由根轨迹方程演变为绘制根轨迹的基本条件、基本规则)。根轨迹方程的不同导致了180度(负反馈)根轨迹和零度(正反馈)根轨迹的分类，系统变化参数的不同导致了常规根轨迹和参数根轨迹的分类。

本章要求：

1.掌握的概念：根轨迹;常规根轨迹;相角条件、幅值条件;根轨迹增益。

2.重点掌握常规根轨迹的绘制法则及对控制系统分析，利用根轨迹的相角条件导出根轨迹所满足的方程和利用幅值条件求根轨迹增益。

3.掌握增加开环零、极点对根轨迹的影响;利用根轨迹分析系统稳定性与具有一定的动态响应特性(如衰减振荡、无超调等特性)的方法。

4. 掌握参量根轨迹的绘制。

第五章 控制系统频域分析

频域分析是经典控制理论系统分析与设计的另一主要方法，使用的系统数学模型是频率特性。频率特性描述了正弦输入作用下系统稳态响应的幅值和相位与输入信号幅值和相位之间的关系，其表现形式是以jω代替传递函数G(s)中的s而得到的G(jω)。频域分析方法包括采用开环频率特性分析闭环系统性能和

直接采用闭环频率特性分析系统性能，但主要是指利用开环频率特性的分析方法。频域分析是一种图解分析方法，利用开环频率特性的幅相频率特性图(Nyquist图)和对数频率特性图(Bode图)分析系统性能(稳定性、动态性能、稳态性能);系统的动态性能指标是频域指标(幅值穿越频率、相角穿越频率和相角裕度、幅值裕度等)，与时域指标(超调量、调整时间)有着密切关系。

本章要求：

1.掌握的概念：频率特性;开环频率特性、闭环频率特性;最小相位系统;幅值穿越频率(剪切频率)、相角穿越频率、相角裕度、幅值裕度;谐振频率、谐振峰值;截止频率、频带宽度;三频段。

2.重点掌握开环频率特性Nyquist图、Bode图的绘制;由Bode图确定系统传递函数。

3.重点掌握Nyquist稳定判据;借助Bode图对幅值、相角穿越频率和幅值、相角裕度的计算。

第六章 控制系统的校正

当系统的性能指标达不到要求时，就要给系统加入一些附加装置，使系统的性能达到规定指标的要求，所引入的装置称为校正装置，相应的设计校正装置的过程称为校正。根据校正装置的作用分为相位滞后校正、相位超前校正和相位滞后—超前校正装置;按校正装置在系统中所处的位置校正方式分为串联校正、并联校正和反馈校正。校正设计采用的方法为频率法校正。

本章要求：

1.掌握的概念：校正实质;校正方式;校正装置类型、特性与作用。

2.重点掌握基于频率法的滞后校正、超前校正、滞后-超前校正方法。

3. 重点掌握频率特性法确定串联校正装置的方法，注意与第五章中利用Bode图分析系统方法的综合运用。

4. 重点掌握PID控制器的原理、特点和作用。

第七章 离散控制系统分析

随着计算机的迅速发展，计算机作为控制器已广泛应用于工业系统中，称为计算机控制系统。计算机只在特定的间断时间点上接受数据，因此必须研究离散控制系统。

本章要求：

熟悉离散系统z变换、离散系统数学模型求取、采样定理。

2.重点掌握差分方程和脉冲响应。

2.重点掌握开环脉冲传递函数和闭环脉冲传递函数求取，离散系统的稳定性和稳态误差的计算，动态性能分析。