自动控制原理(电子).doc

一、课程计划：1、课程概要 本课程介绍自动控制系统的基本原理、工程分析以及设计方法，使学生建立反馈控制系统的基本概念，学会利用经典控制理论的方法来分析、设计自动控制系统。主要研究自动控制系统的基本概念、控制系统的时域和复频域数学模型及其结构图；全面细致地研究线性控制系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法以及校正和设计方法。2、学习目标 建立经典控制理论部分的基本概念，掌握和了解其基本理论和方法以及对系统的改善。3、基本要求1、掌握自动控制原理的基本概念、理论和主要研究方法；2、能够建立线性定常系统的数学模型、传递函数、结构图；3、掌握时域分析法、根轨迹法和频域分析法； 4、能够按要求校正系统。4、老师介绍林红，副教授、硕士生导师，工学博士，现任职于苏州大学电子信息学院。主要研究方向：信息处理、非线性控制及机电一体化。 主编教材1部，发表学术论文10余篇，获苏州大学课堂教学竞赛二等奖、AMD教书育人奖。二、视频序号及知识点名称正确性审核1、审核提供的视频内容是否为完整的课程内容；完整2、知识点序号及知识点名称是否正确，如有错误予以修改；请将知识点标题做如下修改：“10控制系统的传递函数” 更改为“10控制系统的传递函数（一）”“11控制系统的传递函数”更改为“11控制系统的传递函数（二）”“12控制系统的结构图”更改为“12控制系统的结构图（一）”“13控制系统的结构图”更改为“13控制系统的结构图（二）”“16二阶系统的时域分析”更改为“16二阶系统的时域分析（一）”“17二阶系统的时域分析”更改为“17二阶系统的时域分析（二）”“19线性系统的稳定性分析”更改为“19线性系统的稳定性分析（一）”“20线性系统的稳定性分析”更改为“20线性系统的稳定性分析（二）” “25根轨迹绘制的基本法制”更改为“25根轨迹绘制的基本法则（一）” “26根轨迹绘制的基本法则”更改为“26根轨迹绘制的基本法则（二）” “27根轨迹绘制的基本法则”更改为“27根轨迹绘制的基本法则（三）” “30利用根轨迹分析系统性能”更改为“30利用根轨迹分析系统性能（一）” “31利用根轨迹分析系统性能”更改为“31利用根轨迹分析系统性能（二）” “34典型环节的频率特性”更改为“34典型环节的频率特性（一）” “35典型环节的频率特性”更改为“35典型环节的频率特性（二）” “45串联校正”更改为“45串联校正（一）” “46串联校正”更改为“46串联校正（二）”三、每个知识点的内容概要，在线、离线作业：1.自动控制的基本概念本知识点介绍了自动控制的概念、自动控制系统的基本组成和控制系统的方框图。在线作业：题目类型：多选1、自动控制系统的基本组成包括（ ）。A.控制对象 B.执行装置 C.测量装置 D.控制器正确答案：ABCD解题思路：自动控制系统由控制对象、控制器、测量装置和执行装置组成。所以全选。离线作业：无2. 反馈控制系统的基本组成本知识点介绍了反馈控制的原理、特点和反馈控制系统的基本组成。在线作业题目类型：单选1、反馈控制系统是按（ ）来进行控制的系统。答案：A.测量值 B.扰动量 C. 偏差 D.给定值正确答案： C解题思路：反馈控制原理就是按偏差控制的原理。所以选C。离线作业：无3. 自动控制系统的基本控制方式本知识点介绍了开环控制、闭环控制和复合控制系统的组成及特点。在线作业题目类型：单选1、开环控制系统是按（ ）来进行控制的系统。答案：A.测量值 B.扰动量 C. 偏差 D.给定值正确答案： D解题思路：开环控制系统中控制装置只按给定值来控制受控对象。所以选D。2、与开环控制相比较闭环控制的特征是系统有（）。答案：A.执行元件 B.控制器 C. 反馈环节 D. 放大元件正确答案： C解题思路：闭环控制为反馈控制。所以选C。离线作业：无4. 自动控制系统的分类本知识点介绍了自动控制系统的各种分类方法，重点介绍线性连续定常系统。在线作业题目类型：单选1、由线性微分方程描述的系统一定是（ ）系统。答案：A. 线性连续 B. 线性离散 C. 线性定常 D. 线性时变正确答案： A解题思路：线性连续控制系统由线性微分方程描述，由系数判定时变系统、定常系统。所以选A。离线作业：无5. 自动控制系统的基本要求本知识点给出了对自动控制系统的基本要求：稳、准、快。在线作业题目类型：多选1、对自动控制系统的基本要求是（ ）。答案：A. 稳定性 B. 快速性 C. 不变性 D. 准确性正确答案： ABD解题思路：对自动控制系统的基本要求是：稳、准、快。所以选ABD。离线作业：无6. 典型输入信号本知识点介绍了控制工程设计中常用的典型外作用函数及其运用场合。在线作业题目类型：单选1、室温调节系统常用的典型输入信号是（ ）。答案：A脉冲函数 B斜坡函数 C阶跃函数 D正弦函数正确答案： B解题思路：工作状态突然改变的控制系统一般采用阶跃信号作为典型输入。所以选B。离线作业：无7. 拉氏变换本知识点给出了拉氏变换的定义及性质、常用函数的拉氏变换。在线作业1、已知时间函数 ，则其拉氏变换F ( s ) 是（ ）。 答案：A B C D正确答案： B解题思路：。所以选B。离线作业：无8. 拉氏反变换本知识点介绍了拉氏反变换的求法及其在解微分方程中的应用。在线作业题目类型：选择1、已知 ，则其拉氏反变换是（ ）。 答案：A B C D正确答案： A解题思路：。所以选A。9. 控制系统的数学模型本知识点给出了控制系统数学模型的概念、表示方法和典型系统数学模型的建立。在线作业题目类型：单选1、当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（ ）。答案：A比例环节 B微分环节 C积分环节 D惯性环节正确答案： D解题思路：忽略电动机的电枢电感后，电动机的数学模型为：。所以选D。离线作业：无10. 控制系统的传递函数（一）本知识点给出了传递函数的概念、性质和表示形式。在线作业题目类型：单选1、传递函数取决于（ ）。答案：A系统的结构和参数 B输入量的形式C输出量的形式D扰动的形式正确答案： A解题思路：传递函数取决于系统或元件的结构和参数，与输入量、输出量和扰动的形式（幅度与大小）无关。所以选A。离线作业：无11.控制系统的传递函数（二）本知识点介绍了各种典型环节的传递函数及其求取。在线作业题目类型：单选1、已知系统的微分方为，则系统的传递函数是（ ）。答案：A B C D正确答案： B解题思路：惯性环节的微分方程为，对应的传递函为。所以选B。离线作业：无12. 控制系统的结构图（一）本知识点介绍了系统结构图的组成、基本连接方式及其简化规则。在线作业题目类型：多选1、结构图的基本连接形式有（ ）。答案：A. 串联 B. 并联 C. 前馈 D. 反馈正确答案： ABD解题思路：结构图的基本连接形式有串联、并联和反馈三种。所以选ABD。离线作业：无13. 控制系统的结构图（二）本知识点介绍了系统结构图的简化方法。在线作业题目类型：多选1、系统结构图的简化过程中常需要移动（ ）。答案：A. 引出点 B. 同类点 C. 比较点 D. 不同类点正确答案： AC解题思路：系统结构图的简化是通过移动引出点、比较点，交换同类点，进行方框运算后，将串联、并联和反馈连接的方框合并。所以选AC。离线作业：无14. 系统响应的性能指标本知识点给出了控制系统的时间响应和评价时间响应的性能指标：动态性能指标、稳态性能指标。在线作业题目类型：单选1、时域分析中最常用的典型输入信号是（ ）。答案：A. 脉冲函数 B. 斜坡函数 C. 阶跃函数 D. 正弦函数正确答案： C解题思路：动态性能指标是指系统在单位阶跃函数作用下时间响应的指标。所以选C。离线作业：无15. 一阶系统的时域分析本知识点介绍了一阶系统的时间响应和相应的时域性能指标。在线作业题目类型：多选1、一阶系统的时域性能指标是（ ）。答案：A调节时间 B延迟时间 C上升时间 D峰值时间正确答案：ABC一阶系统的单位阶跃响应为单调上升的指数过程，无峰值时间。所以选ABC。题目类型：单选2、一阶系统G(s)= K/(TS+1)的时间常数T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间( )答案：A. 越长 B. 越短 C. 不变 D. 不定正确答案： A一阶系统。所以选A。离线作业：无16. 二阶系统的时域分析（一）本知识点介绍了典型二阶系统在不同阻尼情况下的单位阶跃响应及其特点。在线作业题目类型：单选1、典型二阶系统的阻尼比01时，其单位阶跃响应是（ ）。答案：A. 等幅振荡曲线 B. 单调上升曲线 C. 衰减振荡曲线 D. 单调下降曲线正确答案： C解题思路二阶系统在01时为欠阻尼情形。所以选C。2、当二阶系统特征方程的根为具有负实部的复数根时，系统的阻尼比为（ ）。答案：A. 0 B. 0z1p10，则实轴上的根轨迹为（ ）。答案：A.（-，-p2,-z1,-p1 B.(- ,-p2 C.-p1,+ ) D.-z1,-p1正确答案：A解题思路：实轴上的某一区域，若其右边开环实数零、极点个数之和为奇数，则该区域必是根轨迹。所以选A。离线作业：无26. 根轨迹绘制的基本法则（二）本知识点介绍了180o根轨迹图的绘制法则5、6及系统根轨迹的绘制方法。在线作业题目类型：多选1、确定根轨迹的分离点，可用（ ）。答案：A B幅值条件 C幅角条件 D正确答案：AD解题思路：确定根轨迹的分离点的方法有、。所以选AD。离线作业：无27. 根轨迹绘制的基本法则（三）本知识点介绍了180o根轨迹图的绘制法则7、8及系统根轨迹的绘制方法。在线作业题目类型：单选1、确定根轨迹与虚轴的交点，可用（ ）。答案：A B C幅值条件 D幅角条件正确答案：A解题思路：在系统的闭环特征方程D(s) = 0中，令s = j，D(j) = 0的解即是交点坐标。所以选A。离线作业：无28. 零度根轨迹本知识点给出了系统零度根轨迹的概念、绘制法则和绘制方法。在线作业题目类型：多选1、180o根轨迹与0o根轨迹的区别是（ ）。答案：A起点不同 B分支数不同 C渐近线不同 D起始角不同正确答案：CD解题思路：180o根轨迹与0o根轨迹的区别在于相角条件不同。所以选CD。离线作业：无29. 广义根轨迹本知识点介绍了广义根轨迹的概念和参数根轨迹绘制方法：等效传递函数法。在线作业题目类型：单选1、绘制参数根轨迹常用的方法是（ ）。答案：A等效传递函数法 B零极点法 C时域分析法 D频域分析法正确答案：A解题思路：常用等效传递函数法绘制参数根轨迹。所以选A。离线作业：无30. 利用根轨迹分析系统性能（一）本知识点介绍了系统闭环零极点与系统时间响应的关系以及如何利用根轨迹与对系统性能进行定性分析。在线作业题目类型：单选1、如果闭环极点均为s左半平面的复数极点，则时间响应一定是（ ）。答案：A振荡衰减 B振荡发散 C单调下降 D单调上升正确答案：A解题思路：如果闭环极点均为s左半平面的复数极点，则时间响应一定是振荡稳定的。所以选A。离线作业：无31. 利用根轨迹分析系统性能（二）本知识点介绍了利用系统根轨迹分析系统性能的方法。在线作业题目类型：判断1、适当增加一个开环零点可以提高系统的稳定性。答案：正确 解题思路：增加一个开环零点可以使系统的根轨迹向左偏移。所以正确。2、增加开环偶极子可能改善系统的稳态性能。答案：正确 解题思路：适当增加开环偶极子可以降低稳态误差。所以正确。离线作业：无32. 频率特性本知识点给出了频率特性的基本概念、物理意义和求取方法。在线作业题目类型：多选1、经典控制理论中最常用的数学模型有（ ）。答案：A. 微分方程 B. 传递函数 C. 根轨迹 D.频率特性正确答案：ABD解题思路：经典控制理论中最常用的数学模型有微分方程、传递函数和频率特性。所以选ABD。离线作业：无33. 频率特性的几何表示法本知识点给出频率特性的几何表示法及其特点。在线作业题目类型：单选1、常用的频率特性曲线有（ ）种。答案：A. 一 B. 二 C. 三 D. 四正确答案： C解题思路：在工程分析与设计中，常用的频率特性几何表示方法有：幅相频率特性曲线、对数频率特性曲线和对数幅相特性曲线。所以选C。2、频率特性曲线中，有对数分度坐标的是（ ）。答案：A. 幅相特性曲线 B. 奈氏图 C. 伯特图 D. 尼科尔斯曲线正确答案： C解题思路：伯特图即对数频率特性曲线，其横坐标为对数分度。所以选C。离线作业：无34. 典型环节的频率特性（一）本知识点给出了典型环节的频率特性：幅相频率特性和对数频率特性及其几何表示。在线作业题目类型：单选1、设微分环节的频率特性为G(j) ，当频率从0变化至时，其极坐标平面上的奈氏曲线是（）。答案：A. 正虚轴 B. 负虚轴 C. 正实轴 D. 负实轴正确答案：A解题思路：微分环节的频率特性为G(j)的幅频特性A()= 。所以选A。2、设惯性环节的频率特性为G(j)=10/(j+1) ，当频率从0变化至时，则其幅相频率特性曲线是一个半圆，位于极坐标平面的（）。答案：A. 第一象限 B. 第二象限 C. 第三象限 D. 第四象限正确答案：D解题思路：惯性环节的相位滞后范围为 090。所以选D。离线作业：无35. 典型环节的频率特性（二）本知识点给出了二阶环节和延迟环节的频率特性。在线作业题目类型：单选1、从0变化到+时，迟延环节的幅相特性曲线为（ ）。答案：A. 椭圆 B. 半圆 C.圆 D. 双曲线正确答案： A解题思路：迟延环节的幅频特性A()= 1。所以选C。2、二阶振荡环节的相频特性 ()，当时 ，其相位移()为（ ）。答案：A. -270 B. -180 C. -90 D. 0正确答案：B解题思路：二阶振荡环节的相位滞后范围为 0180。所以选B。 离线作业：无36. 开环幅相特性曲线的绘制本知识点给出了控制系统开环幅相特性曲线的绘制方法。在线作业题目类型：单选1、设某系统开环传递函数为，则其频率特性奈氏图起点坐标为（ ）。答案：A. (-10，j0) B. (-1，j0) C. (1，j0) D. (10，j0) 正确答案： C解题思路，所以选C2、若系统开环幅相特性曲线有凹凸现象，则开环传递函数一定存在（ ）。答案：A. 微分环节 B. 积分环节 C. 延迟环节 D. 惯性环节正确答案： A解题思路：系统若有开环零点，奈氏曲线当 时，幅值不再单调变化。所以选A。离线作业：无37. 开环对数频率特性曲线本知识点给出了控制系统开环对数频率特性曲线的绘制方法。在线作业题目类型：单选1、开环对数频率特性曲线遇到二阶振荡环节， 在交接频率处斜率的变化为（ ）。答案：A. -20dB/dec B. 20dB/dec C. -40dB/dec D. 40dB/dec 正确答案： C解题思路：二阶振荡环节的高频段为斜率-40dB/dec的直线。所以选C。2、型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为（ ）。答案：A. -20dB/dec B. 0dB/dec C. -40dB/dec D. 40dB/dec 正确答案： A解题思路：型系统含有一个纯积分环节。所以选A。离线作业：无38. 由频率特性求传递函数本知识点给出了最小相位系统的概念和利用对数频率特性曲线求最小相位系统传递函数的方法。在线作业题目类型：单选择1、通过频率响应法求取系统传递函数的步骤之一是要作出（ ）特性曲线。答案：A. 对数相频 B. 对数幅频 C. 对数幅相 D. 渐近线正确答案： B解题思路：最小相位系统传递函数可通过对数幅频特性曲线求取。所以选B。离线作业：无39. 频域稳定判据本知识点给出了奈奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据及其应用。在线作业题目类型：单选1、若系统开环稳定，则闭环系统稳定的条件是开环Nyquist图不包围（ ）。答案：A. (0，j1) B. (-1，j0) C. (1，j0) D. (0，-j1)正确答案： B解题思路：反馈控制系统稳定的充要条件是奈氏曲线逆时针包围临界点(-1, j0)的圈数 R 等于开环传递函数右半s平面极点数 P。若系统开环稳定P=0。所以选B。离线作业：无40. 稳定裕度本知识点给出了相角裕度和幅值裕度的概念及其计算方法。在线作业题目类型：判断1、对于不稳定系统，幅值裕度指出了为使系统稳定，幅值应当增大。答案：不正确解题思路：对于不稳定系统，幅值裕度指出了为使系统稳定，幅值应当减少多少。所以不正确。2、为了得到满意的性能，相位裕度应当在 30与60 之间，增益裕度应当大于6dB。答案：正确解题思路：当相位裕度在 30与60 之间，增益裕度大于6dB时，系统具有较好的动态性能和稳态性能。所以正确离线作业：无41. 闭环系统的频域性能指标本知识点给出了系统的闭环频率特性及其性能指标、频域指标与时域指标间的关系。在线作业题目类型：单选1、谐振峰值反映系统的（ ）。答案：A. 快速性 B. 平稳性 C. 调整时间 D.超调量正确答案： B解题思路：谐振峰值反映系统的平稳性，带宽频率反映系统的快速性。所以选B。离线作业：无42. 系统校正的一般概念本知识点给出了系统校正的依据和常用校正方式。在线作业题目类型：多选1、常用校正方式有（ ）。答案：A. 串联校正 B.反馈校正 C. 前馈校正 D.复合校正正确答案： ABCD解题思路：在系统校正中，常用校正方式有串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。所以选ABCD 。离线作业：无43. 基本控制规律本知识点给出了各种基本控制规律的数学描述、作用和适用场合。在线作业题目类型：判断1、在控制工程中，PD控制器主要用来改善系统的稳态性能。答案：不正确解题思路：在控制工程中，PD控制器主要用来改善系统的动态性能，PI控制器主要用来改善系统的稳态性能。所以不正确。离线作业：无44. 常用校正装置与特性本知识点给出了常用校正装置的传递函数、频率特性和校正原理。在线作业题目类型：单选1、滞后校正是用于提高系统的稳态精度，同时使系统的响应速度（ ）。 答案：下降 上升 不变 未知正确答案： A解题思路：超前校正装置可提高快速性, 但不利于稳态精度; 滞后校正装置可提高平稳性及稳态精度, 但降低了快速性。用滞后-超前校正装置可全面提高系统的控制性能。所以选A2、滞后超前校正能改善系统的( )。答案：动态性能 B稳态性能 C稳定性 D动态和稳态性能正确答案： D解题思路：超前校正装置可, 提高快速性, 但不利于稳态精度; 滞后校正装置可提高平稳性及稳态精度, 但降低了快速性。用滞后-超前校正装置可全面提高系统的控制性能。所以选D 。离线作业：无45. 串联校正（一）本知识点给出了系统设计的过程和用频域分析法设计串联超前校正装置的步骤。在线作业题目类型：判断1、开环频率特性的低频段反映系统的稳态性能答案：正确解题思路：开环频率特性的低频段反映系统的稳态性能，中频段反映系统的动态性能，高频段反映系统对高频干扰信号的抑制能力。所以正确。2、串联超前校正是利用超前网络的相角超前特性，来提高系统的动态性能。答案：正确解题思路：串联超前校正的基本原理是利用超前网络的相角超前特性，以满足的要求，从而提高系统的动态性能。所以正确离线作业：无46. 串联校正（二）本知识点给出了串联滞后校正和串联超前滞后校正的原理及相应校正装置的设计步骤。在线作业题目类型：单选1、串联滞后校正是利用滞后网络或PI控制器的（ ）。答案：A.高频衰减特性 B.相角滞后特性 C. 相角超前特性D. 低频频衰减特性正确答案： A解题思路：串联滞后校正是利用滞后网络或PI控制器的高频衰减特性来改善稳态性能。所以选A 。离线作业：无47. 反馈校正与复合校正本知识点给出了反馈校正与复合校正的原理及适用场合。在线作业题目类型：多选1、反馈校正的作用有（ ）。答案：A.改变局部结构 B.抑制干扰 C.削弱非线性影响 D.降低参数敏感性正确答案： ABCD解题思路：反馈校正的作用： 削弱非线性因素的影响 改变局部结构、参数 降低对参数变化的敏感性 抑制干扰。所以选ABCD。离线作业：无48. 课程基本要求本知识点给出了对自动控制原理课程的基本要求。题目类型：多选1、控制系统的分析和综合方法有（ ）。答案：A.频域法 B. 时域法 C. 根轨迹法 D. 状态空间法正确答案： ABCD解题思路：控制系统的分析和综合方法有频域法、时域法、根轨迹法，状态空间法等。所以选ABCD。离线作业：无四、平时成绩设置：1、作业成绩权重：40% 在线作业权重（客观题系统自动评分）：100% 2、论坛活动权重：10%发贴数：53、课程浏览权重：50% 学习时间（小时）： 权重： 100% 设置方法：权重项目按百分比设置，3大项内容合计须为100%，每大项里的小项权重合计也须为100%。第3项课程浏览权重中学习时间由成教院填写。3如果设置，只需填写数字即可。