《自动控制原理》总复习控制系统线性系统非线性系统连续系统离散系统描述函数法相平面法负倒描述函数曲线建模一求传函建模一求脉冲传函自振点的稳定性振幅、频率计算厂时域法「稳定性分析人根轨迹法时域分析稳态误差-频率特性法暂态响应【串联（频率法）校正校正并联(频率法)人复合控制
1 《自动控制原理》总复习 控制系统 线性系统 非线性系统 连续系统 离散系统 描述函数法 法 相平面法 建模－求传函 时域法 分析 根轨迹法 频率特性法 串联(频率法) 校正 并联(频率法) 复合控制 建模－求脉冲传函 稳定性 时域分析 稳态误差 暂态响应 负倒描述函数曲线 自振点的稳定性 振幅、频率计算 校正
第一章自动控制的基本概念一、学习要点1.自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。2.控制系统的基本方式：①开环控制系统；②闭环控制系统：③复合控制系统。3.自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。4.自动控制系统的类型：从不同的角度可以有不同的分法，常有恒值系统与随动系统：线性系统与非线性系统：连续系统与离散系统：定常系统与时变系统等。5．对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。6．典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。二、基本要求1.对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。2.掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。3.了解控制系统的典型输入信号。4.掌握由系统工作原理图画方框图的方法。三、内容结构图常用术语、基本概念基本控制方式反馈控制系统的组成自动控制的基本概念控制系统的分类对控制系统的基本要求由系统工作原理图画方框图控制系统的分类2
2 第一章 自动控制的基本概念 一、学习要点 1. 自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对 象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。 2. 控制系统的基本方式： ①开环控制系统；②闭环控制系统；③复合控制系统。 3. 自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。 4. 自动控制系统的类型：从不同的角度可以有不同的分法，常有： 恒值系统与随动系统；线性系统与非线性系统；连续系统与离散系统；定常系统与时变系 统等。 5. 对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。 6. 典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。 二、基本要求 1. 对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。 2. 掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制 系统稳、准、快三方面的基本要求。 3. 了解控制系统的典型输入信号。 4. 掌握由系统工作原理图画方框图的方法。 三、内容结构图 自动控制的基本概念 由系统工作原理图画方框图 对控制系统的基本要求 常用术语、基本概念 基本控制方式 反馈控制系统的组成 控制系统的分类 控制系统的分类
四、知识结构图被控对象测量、变换元件自动控制系统控制装置运算、放大元件执行机构按给定量控制方式开环控制方式按扰动量控制方式（顺馈控制）自动控制系统的反馈控制（按偏差控制）基本控制方式按给定量补偿复合控制：按偏差控制按扰动补偿第二章控制系统的数学模型一、学习要点1.数学模型的数学表达式形式（1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具一拉氏变换及反变换；（3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。2.数学模型的图形表示（1）结构图及其等效变换，梅逊公式的应用：（2）信号流图及梅逊公式的应用。二、基本要求1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入响应、零状态响应等概念有清楚的理解。4、正确理解传递函数的定义、性质和意义。熟练掌握由传递函数派生出来的系统开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数等概念。（井）5、掌握系统结构图和信号流图两种数学模型的定义和绘制方法，熟练掌握控制系统的结构图及结构图的简化，并能用梅逊公式求系统传递函数。（##）3
3 四、知识结构图 第二章 控制系统的数学模型 一、学习要点 1．数学模型的数学表达式形式 （1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具—拉氏变换及反变换； （3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。 2．数学模型的图形表示 （1）结构图及其等效变换，梅逊公式的应用；（2）信号流图及梅逊公式的应用。 二、基本要求 1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变 量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。 2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。 3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入 响应、零状态响应等概念有清楚的理解。 4、正确理解传递函数的定义、性质和意义。熟练掌握由传递函数派生出来的系统开环传递函 数、闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数等概念。（＃） 5、掌握系统结构图和信号流图两种数学模型的定义和绘制方法，熟练掌握控制系统的结构图 及结构图的简化，并能用梅逊公式求系统传递函数。（＃＃） 自动控制系统 被控对象 控制装置 测量、变换元件 运算、放大元件 执行机构 自动控制系统的 基本控制方式 开环控制方式 按给定量控制方式 按扰动量控制方式 （顺馈控制） 反馈控制（按偏差控制） 复合控制：按偏 差控制 按给定量补偿 按扰动补偿 +
6、传递函数的求取方法：1）直接法：由微分方程直接得到。2）复阻抗法：只适用于电网络。3）结构图及其等效变换，用梅逊公式。4）信号流图用梅逊公式。三、内容结构图微分方程（组）的建立及标准化牛顿第二微分方程非线性微分方程的线性化定律（达朗伯原理）线性系统微分方程的解及性质机理分析法定义及性质基尔霍夫定律（时局限性及表示形式域及复域传递函数形式）典型环节的传递函数实验辨识法建立物理系统的传递函数传递函数矩阵线性系统的数学模型由微分方程绘制绘制由原理图绘制开环传递函数结构图有关术语闭环传递函数串联、并联、反馈等效变换规则引出点、比较点移动规则求取代数梅逊公式方程组的解，化简由微分方程绘制结构图或绘制信号流图信号流图由方框图绘制源节点、汇节点、混合节点有关术语通路及回路
4 6、传递函数的求取方法： 1）直接法：由微分方程直接得到。 2）复阻抗法：只适用于电网络。 3）结构图及其等效变换，用梅逊公式。 4）信号流图用梅逊公式。 三、内容结构图 线 性 系 统 的 数 学 模 型 微分方程 传递函数 结构图 信号流图 微分方程（组）的建立及标准化 非线性微分方程的线性化 线性系统微分方程的解及性质 定义及性质 局限性及表示形式 典型环节的传递函数 建立物理系统的传递函数 传递函数矩阵 由微分方程绘制 由原理图绘制 开环传递函数 闭环传递函数 串联、并联、反馈 引出点、比较点移动规则 由微分方程绘制 由方框图绘制 源节点、汇节点、混合节点 通路及回路 绘制 有关术语 等效变换规则 绘制 有关术语 梅逊公式 机理 分析法 实验 辨识法 求取代数 方程组的 解，化简 结构图或 信号流图 基尔霍夫 定律（时 域及复域 形式） 牛顿第二 定律（达朗 伯原理）
四、知识结构图数学、物理微积分拉氏变换规律消元法代数方程传递函数系统原理图微分方程微分方程组拉氏变换代数消元法代数方程组等效变换梅逊公式系统结构图元部件结构图梅逊公式信号流图第三章控制系统的时域分析一、学习要点1、基本概念：稳定性、时域响应、动态性能指标、误差与稳态误差等。2.控制系统的稳定性（1）劳斯稳定判据；（2）赫尔维茨稳定判据。3.控制系统的动态性能（1）一阶系统的暂态响应；（2）二阶系统的暂态响应。4.控制系统的稳态性能（1）一般概念；（2）误差系数。二、基本要求1．了解线性定常系统的时域响应组成，熟悉控制系统暂态响应性能指标的定义（#）。2.掌握一阶系统的暂态响应及性能指标，并能根据给出的指标确定满足要求的系统参数T。(#)3．掌握二阶系统的暂态响应分析及其与极点之间的关系，重点掌握二阶系统的暂态响应性能指标公式及计算，并能根据给出的指标确定满足要求的系统参数和の，尤其是改善二阶系统动态性能的两种措施。（#）（#）4一般了解高阶系统的暂态响应，掌握闭环主导极点的概念。5
5 四、知识结构图 第三章 控制系统的时域分析 一、学习要点 1. 基本概念：稳定性、时域响应、动态性能指标、误差与稳态误差等。 2. 控制系统的稳定性 （1） 劳斯稳定判据；（2）赫尔维茨稳定判据。 3. 控制系统的动态性能 （1） 一阶系统的暂态响应；（2）二阶系统的暂态响应。 4. 控制系统的稳态性能 （1） 一般概念；（2）误差系数。 二、基本要求 1. 了解线性定常系统的时域响应组成，熟悉控制系统暂态响应性能指标的定义（＃）。 2. 掌握一阶系统的暂态响应及性能指标，并能根据给出的指标确定满足要求的系统参数 T。 （＃） 3. 掌握二阶系统的暂态响应分析及其与极点之间的关系，重点掌握二阶系统的暂态响应性 能指标公式及计算，并能根据给出的指标确定满足要求的系统参数 和 n ，尤其是改善 二阶系统动态性能的两种措施。（＃）（＃） 4. 一般了解高阶系统的暂态响应，掌握闭环主导极点的概念。 微积分 消元法 等效变换 微分方程 代数方程 元部件结构图 系统结构图 传递函数 代数方程组 信号流图 梅逊公式 梅逊公式 代数消元法 拉氏变换 数学、物理 规律 系统原理图 微分方程组 拉氏变换 变换
5.了解稳定性的概念，掌握线性定常系统稳定的充要条件（#）。6.重点掌握判断稳定性的Routh代数判据及应用（#）（#），对Hurwitz判据有一般了解。能根据系统要求确定满足稳定的系统参数范围（#）（#）。7.了解稳态误差的概念、定义、产生原因、类型。8.重点掌握给定稳态误差终值的计算，稳态误差系数的计算，扰动稳态误差终值的计算及减小稳态误差的方法，并能根据系统对稳态误差的要求确定系统参数。（#）（#）三、内容结构图稳劳斯一赫尔维茨稳定判据控制系统的时域分析二阶系统的暂态响应分析及其与极快点之间的关系，二阶系统的暂态响应性能指标公式及计算。稳态误差的定义、产生原因、类型准稳态误差终值的计算四、知识结构图公式、曲线参数 T一阶标准式闭环传递函公式、性能指标二阶标准式参数、曲线数Φ (s)代数判据特征方程稳定性、稳定域终值定理误差象函稳态误差误差传递函数e(s)、en(s)系数E(s)ess=esr+esn统常除法或结动态误差系数泰勒展开公式esr(t)构Co、Ci.C....图系统型别u、开环增益K开环传递函数Gk(s)公式公式静态误差系数Kp、Kv、Ka积分环节数目uKi扰动作用点之前传递函数Gi(s)6
6 5. 了解稳定性的概念，掌握线性定常系统稳定的充要条件（＃）。 6. 重点掌握判断稳定性的 Routh 代数判据及应用（＃）（＃），对 Hurwitz 判据有一般了解。 能根据系统要求确定满足稳定的系统参数范围（＃）（＃）。 7. 了解稳态误差的概念、定义、产生原因、类型。 8. 重点掌握给定稳态误差终值的计算，稳态误差系数的计算，扰动稳态误差终值的计算及 减小稳态误差的方法，并能根据系统对稳态误差的要求确定系统参数。（＃）（＃） 三、内容结构图 四、知识结构图 控 制 系 统 的 时 域 分 析 快 劳斯—赫尔维茨稳定判据 稳态误差的定义、产生原因、类型 稳态误差终值的计算 二阶系统的暂态响应分析及其与极 点之间的关系，二阶系统的暂态响应 性能指标公式及计算。 稳 准 t→∞ 常除法或 泰勒展开 公式 公式 代数判据 公式、 曲线 闭环传递函 数Φ（s） 误差传递函数￠e(s)、￠en(s) 开环传递函数Ｇk(s) 扰动作用点之前传递函数Ｇ1(s) 一阶标准式 二阶标准式 特征方程 参数 T 参数ζ、ωn 性能指标 积分环节数目υ1、K1 静态误差系数 Kp、Kv、Ka 系统型别υ、 开环增益 K 稳定性、稳定域 动态误差系数 C0、C1、C2. 误差象函 数 E（s） 公式、曲线 稳态误差 ess= esr+esn esr(t) 终值定理 公式 系 统 结 构 图
第四章根轨迹分析法一、学习要点1.基本概念（1）根轨迹定义（2）根轨迹绘制的基本条件：幅值方程和相角方程。2.绘制根轨迹的基本法则（1）常规根轨迹的绘制法则（2）参量根轨迹绘制（3）零度根轨迹绘制3.增加开环零极点对根轨迹的影响4.利用根轨迹分析系统①稳定性；②运动形式；③主导极点；④超调量；③调节时间；③实数零、极点的影响；偶极子及其处理。二、基本要求1.重点掌握绘制常规负反馈系统根轨迹的基本条件和基本法则：（#）（#）2.理解参量根轨迹和零度根轨迹的绘制；3.了解多回路控制系统的根轨迹；4.掌握增加开环零极点对根轨迹的影响；（#）5.能根据根轨迹分析系统性能随参数变化的趋势。（#）三、内容结构图常规根轨迹绘制参量根轨迹根轨迹绘制根轨迹分析法广义根轨迹绘制零度根轨迹滞后系统根轨迹根轨迹应用四、知识结构图F
7 第四章 根轨迹分析法 一、学习要点 1. 基本概念 （1）根轨迹定义 （2）根轨迹绘制的基本条件：幅值方程和相角方程。 2. 绘制根轨迹的基本法则 （1）常规根轨迹的绘制法则 （2）参量根轨迹绘制 （3）零度根轨迹绘制 3. 增加开环零极点对根轨迹的影响 4. 利用根轨迹分析系统 ①稳定性；②运动形式；③主导极点；④超调量；⑤调节时间；⑥实数零、极点的影响； ⑦偶极子及其处理。 二、基本要求 1. 重点掌握绘制常规负反馈系统根轨迹的基本条件和基本法则；（＃）（＃） 2. 理解参量根轨迹和零度根轨迹的绘制； 3. 了解多回路控制系统的根轨迹； 4. 掌握增加开环零极点对根轨迹的影响；（＃） 5. 能根据根轨迹分析系统性能随参数变化的趋势。（＃） 三、内容结构图 四、知识结构图 根 轨 迹 分 析 法 根轨迹绘制 根轨迹应用 常规根轨迹绘制 广义根轨迹绘制 参量根轨迹 零度根轨迹 滞后系统根轨迹
相角方程稳态误差闭环极点的K模值方程开环系统结构图法则传递函数根轨迹（常稳定性、稳定域规、广义）主导极点估算性能指标系统响应运动形式第五章频率特性分析法一、学习要点1.频率特性的定义2．频率特性的几何表示（1）极坐标图或奈奎斯特图（Nyquist图）（2）对数频率特性曲线（Bode图）3.典型环节的频率特性及最小相位系统（1）典型环节频率特性（2）最小相位系统与非最小相位系统4.稳定判据（1）奈奎斯特稳定判据（2）对数频率特性的稳定判据5.开环频域指标（1）幅值裕度（2）相角裕度6.闭环频域指标（1）零频幅值M(O)（2）带宽频率のb（3）谐振峰值M和谐振频率の（4）闭环系统频域指标与时域指标的关系7.开环对数频率特性与时域性能指标：（1）三频段的概念8
8 第五章 频率特性分析法 一、学习要点 1. 频率特性的定义 2. 频率特性的几何表示 （1） 极坐标图或奈奎斯特图（Nyquist 图） （2） 对数频率特性曲线（Bode 图） 3. 典型环节的频率特性及最小相位系统 （1）典型环节频率特性 （2）最小相位系统与非最小相位系统 4. 稳定判据 （1） 奈奎斯特稳定判据 （2）对数频率特性的稳定判据 5. 开环频域指标 （1）幅值裕度 （2）相角裕度 6. 闭环频域指标 （1）零频幅值 M(0) （2）带宽频率 b （3）谐振峰值 Mr 和谐振频率 r （4）闭环系统频域指标与时域指标的关系 7. 开环对数频率特性与时域性能指标： （1）三频段的概念 法则 系统结构图 开环 传递函数 相角方程 模值方程 闭环极点的 K 稳态误差 稳定性、稳定域 根轨迹（常 规、广义） 主导极点 系统响应运动形式 估算性能指标
（2）开环系统频域指标与时域性能指标的关系二、基本要求1.正确理解频率特性的概念，掌握典型环节的频率特性并运用频率特性分析系统的稳态响应。（#）2.熟练掌握绘制开环系统Nyquist图和Bode图的方法，会求剪切频率の。（#）（#）。3重点掌握奈奎斯特稳定判据及其在系统分析中的应用。（#）（#）4重点掌握相角裕度、幅值裕度的计算。（#）（#）5.掌握开环对数频率特性与系统性能之间的关系，正确理解三频段的概念。（#）6.正确理解并掌握用实验数据确定传递函数，由最小相位系统的Bode图确定系统传递函数的方法，会求开环放大系数K。（#）（#）三、内容结构图定义频率特性极坐标图(Nyquist图)频率特性图形表示对数频率特性图（Bode图）Nyquist 判据稳定性判据（绝频域分析法对稳定性）对数判据稳定性分析相角裕度稳定裕度（相对稳定性）幅值裕度二阶系统时域指标计算动态性能分析高阶系统时域指标估算9
9 （2）开环系统频域指标与时域性能指标的关系 二、基本要求 1. 正确理解频率特性的概念，掌握典型环节的频率特性并运用频率特性分析系统的稳态 响应。（＃） 2. 熟练掌握绘制开环系统 Nyquist 图和 Bode 图的方法，会求剪切频率 c （＃）（＃）。 3. 重点掌握奈奎斯特稳定判据及其在系统分析中的应用。（＃）（＃） 4. 重点掌握相角裕度、幅值裕度的计算。（＃）（＃） 5. 掌握开环对数频率特性与系统性能之间的关系，正确理解三频段的概念。（＃） 6. 正确理解并掌握用实验数据确定传递函数，由最小相位系统的 Bode 图确定系统传递 函数的方法，会求开环放大系数 K 。（＃）（＃） 三、内容结构图 频 域 分 析 法 频率特性 稳定性分析 动态性能分析 定义 频率特性图形 表示 极 坐 标 图 (Nyquist 图) 对数频率特性 图（Bode 图） 稳定性判据（绝 对稳定性） 稳定裕度（相对 稳定性） 二阶系统时 域指标计算 高阶系统时 域指标估算 Nyquist 判据 对数判据 相角裕度 幅值裕度
四、知识结构图奈奎斯特系统结构、稳定判据参数判别开环幅s-jw相曲线稳定域开环传递函开环频率特数G(s)性G (j)对数频率系稳定判据开环对数频统率特性曲线典型环节结频率特性计算构图公式时域闭环传递函公式开环频域闭环频域指标闭环频率特指标。数(s)M、WrOb指标性(j)Y、h微分方程s-p控制系统ja=pWM传递函数频率特性s=jo第6章控制系统的校正一、学习要点1.控制系统校正的一般概念2.控制系统的性能指标3.校正方法一一频率法，根轨迹法4.校正方式1）串联校正：2）反馈校正：3）串联反馈校正：4）前馈补偿校正（复合控制）。5.基于频率响应法的串联校正1）串联超前校正；2）串联滞后校正；3）串联滞后一超前校正；4）三种串联校正方法的特点与作用；5）串联校正的期望特性法。二、基本要求1.熟悉典型的无源校正装置，掌握校正网络的频率特性及其作用。2．正确选择校正网络。10
10 四、知识结构图 第 6 章 控制系统的校正 一、学习要点 1. 控制系统校正的一般概念 2. 控制系统的性能指标 3. 校正方法──频率法，根轨迹法 4. 校正方式 1）串联校正；2）反馈校正；3）串联反馈校正；4）前馈补偿校正（复合控制）。 5. 基于频率响应法的串联校正 1）串联超前校正；2）串联滞后校正；3）串联滞后—超前校正； 4）三种串联校正方法的特点与作用；5）串联校正的期望特性法。 二、基本要求 1. 熟悉典型的无源校正装置，掌握校正网络的频率特性及其作用。 2. 正确选择校正网络。 jω=p s=p 微分方程 控制系统 传递函数 频率特性 s = j s=jω s=jω 公式 公式 系统结构、 参数 典型环节 频率特性 对数频率 稳定判据 奈奎斯特 稳定判据 开环传递函 数 G（s） 闭环传递函 数￠（s） 开环频率特 性 G（jω） 开环幅 相曲线 判别 稳定域 开环对数频 率特性曲线 闭环频率特 性￠（jω） 闭环频域指标 Mr、ωr、ωb 系 统 结 构 图 开环频域 指标ωc、 γ、h 时域 指标 计算