第一篇：《自動控制原理》課程學習心得體會

《自動控制原理》課程學習心得體會

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2010級電子科學與技術

我是一名電子科學類的學生，專業的培養目標就是要求我們能在電子信息處理、電子系統與通信方面從事產品設計、制造、調試和新技術、新工藝的研究、開發，加之自己對這些的興趣，因此有必要學習自動控制原理這門課程。大學的需要我們做的更多的是自學、會學，比如一門課程要把握這門課的整體框架，即這門課多的靈魂所在，畢竟我們學的東西很多，如果不每天使用這些，一段很長的時間以后我們又能夠記得多少呢，把握一門課的整體框架很重要；還有就是要培養自己快速學習的能力，這個世界有很多東西要學，我們所處的IT 行業新知識的更新速度更是飛快，以后在工作崗位上的許多知識技能都要從頭開始，一個人最大的競爭優勢就是能在最短的時間內掌握應有的技能……

沒有上課以前我所認為的自動控制原理就是講一些自動控制的某些方法，等接觸到這門課程才發現這門課程用到了還多的方面的基本知識，深入了解之后才知道這門課程講的是一些控制原理的一些原理，自動控制原理的思路，一些數學模型，以及線性系統的分析……

本書的第一章對自動控制原理做了一個概述，正如老師所講，學一門課程要先了解這門課程的整體結構，反饋控制的基本思想、基本原理、基本方法就是本書的重點，其基本原理是取被控量的反饋信息，用以不斷地修正被控量與輸入量之間的誤差，從而實現對被控對象進行控制的任務。課程的主要內容包括：經典控制理論，現代控制理論，兩套理論的建模、分析與綜合等。這就是本書的整體框架。

接著開始講的就是控制系統的數學模型的主要內容，主要講述了控制系統的實域數學模型、復數域數學模型、結構圖與信號流圖，此外，還列舉了一些具體的建模實例，第三章講的就是線性系統的時域分析法，首先應掌握典型的輸入輸出信號，以及什么是動態和穩態過程以及它們的性能。重點是線性連續系統的動態過程分析。一階系統的分析是指一階微分方程作為運動方程的控制系統，需要掌握的內容是一屆系統對典型輸入信號的輸出響應。二階系統是指以二階微分方程作為運動方程的控制系統，以二階系統的單位階躍響應為例，分別研究了欠阻尼的單位階躍響應，臨界阻尼，過阻尼二階系統的單位階躍響應。勞斯穩定判據是根據所列勞斯表第一列系數符號的變化，去判別特征方程式根在S平面上的具體分布，過程如下： 如果勞斯表中第一列的系數均為正值，則其特征方程式的根都在S 的左半平面，相應的系統是穩定的。如果勞斯表中第一列系數的符號有變化，其變化的次數等于該特征方程式的根在S 的右半平面上的個數，相應的系統為不穩定。之后講的是線性系統的穩定誤差分析計算，主要討論了線性控制系統由于系統結構，輸入作用形式和類型所產生的穩態誤差，其中包含有系統類型域穩態誤差的關系，同時介紹定量描述系統誤差的靜態誤差系數法。

然后我們討論了線性系統分析方法的根軌跡法，由于是圖解方法，所以使用起來更加簡便，所謂根軌跡就是指開環系統某一參數從零到無窮時，閉環系統特征方程的根在S平面上變化的軌跡。首先我們應先根據閉環傳遞函數方程求出特征方程的根，然后令開環增益K 從零開始到無窮，利用數學上的解析方法求解出閉環節點的全部數值，將這些數值標注在S平面上，并連成光滑的粗實線。繪制根軌跡的目的主要是為了分析系統參數對特征根的影響。不同參數會導致特征根不同，也就是在特征根在根軌跡上的位置不同，1.只要繪制的根軌跡全部位于S平面左側，就表示系統參數無論怎么改變，特征根全部具有負實部，則系統就是穩定的。

2.若在虛軸上，表示臨界穩定，也就是不斷振蕩 3.假如有根軌跡全部都在S 右半平面，則表示無論選擇什么參數，系統都是不穩定的。

根軌跡法的基本任務在于：如何由已知的開環零、極點的分布及根軌跡增益，通過圖解的方法找出閉環極點。一旦閉環極點被確定，閉環傳遞函數的形式便不難確定，因為閉環零點可由式直接得到。在已知閉環傳遞函數的情況下，閉環系統的時間響應可利用拉氏反變換的方法求出，或利用計算機直接求解。開環系統的根軌跡增益與開環系統的增益K 之間僅相差一個比例常數，這個比例常數只與開環傳遞函數中的零點和極點有關。根軌跡增益（或根軌跡放大系數）是系統的開環傳遞函數的分子﹑分母的最高階次項的系數為1的比例因子。利用根軌跡我們可以求出系統的穩定性，系統的穩態性能，系統的動態性能等。繪制根軌跡的相角條件與系統開環根軌跡增益K 值的大小無關。即在S平面上，所有滿足相角條件的點的集合的構成系統的根軌跡圖。即相角條件是繪制根軌跡的主要依據。繪制根軌跡的幅值條件與系統開環根軌跡增益K 值的大小有關。即K 值的變化會改變系統的閉環極點在S平面上的位置。在系數參數全部確定的情況下，凡能滿足相角條件和幅值條件的S 值，就是對應給定參數的特征根，或系統的閉環極點。由于相角條件和幅值條件只與系統的開環傳遞函數有關，因此，已知系統的開環傳遞函數便可繪制出根軌跡圖。繪制根軌跡的法則在總結里就不在列寫，主要是書上都有，此小結主要寫自己的感悟。

最后講述了線性系統的頻域分析法，由于控制中的信號可以表示為不同頻率正弦信號的合成，應用頻率特性研究系統的經典方法就是所謂的頻域分析法。頻域分析法是應用頻率特性研究線性系統的一種圖解方法。頻率特性和傳遞函數一樣，可以用來表示線性系統或環節的動態特性。建立在頻率特性基礎上的分析控制系統的頻域法彌補了時域分析法中存在的不足，因而獲得了廣泛的應用。所謂頻率特性，是指在正弦輸入信號的作用下，線性系統輸出的穩態響應。接下討論的是頻率特性的圖像表示法方法主要有三種，即極坐標圖、對數坐標圖和對數幅相圖。

本總結報告到此結束了，在此祝愿老師心想事成，工作順利。

第二篇：《自動控制原理》課程實驗報告(范例)

《自動控制原理》課程實驗報告

姓名：

班級：

學號： 實驗時間：

實驗成績：

一、實驗目的：

1．熟練掌握step()函數和impulse()函數的使用方法，研究線性系統在單位階躍、單位脈沖及單位斜坡函數作用下的響應。

2．通過響應曲線觀測特征參量ζ和ωn對二階系統性能的影響。3．熟練掌握系統的穩定性的判斷方法。

二、實驗要求：

1．根據實驗步驟，寫出調試好的MATLAB語言程序，及對應的MATLAB運算結果。

2．記錄各種輸出波形，根據實驗結果分析參數變化對系統的影響。3．總結判斷閉環系統穩定的方法，說明增益K對系統穩定性的影響。

三、實驗步驟：

1．觀察函數step()函數和impulse()的調用格式，假設系統的傳遞函

s2?3s?7數模型為G(s)?4，可以用幾種方法繪制出系統的階s?4s3?6s2?4s?1躍響應曲線？試分別繪制。

2?n2．對典型二階系統G(s)?2 2s?2??ns??n1）分別繪制出ωn=2(rad/s),ζ分別取0,0.25,0.5,1.0和2.0時的單位階躍響應曲線，分析參數ζ對系統的影響。

2）繪制出當ζ=0.25，ωn分別取1,2,4,6時單位階躍響應曲線，分析參數ωn對系統的影響。

3．單位負反饋系統的開環模型為G(s)?K，試判2(s?2)(s?4)(s?6s?25)斷系統的穩定性，并求出使得閉環系統穩定的K值范圍

四、實驗結果與結論

時域分析法直接在時間域中對系統進行分析，可以提供系統時間響應的全部信息，具有直觀、準確的特點。為了研究控制系統的時域特性，經常采用瞬態響應（如階躍響應、脈沖響應和斜坡響應）。本次實驗從分析系統的性能指標出發，給出了在MATLAB環境下獲取系統時域響應和分析系統的動態性能和穩態性能的方法。

1．用MATLAB求系統的瞬態響應時，將傳遞函數的分子、分母多項式的系數分別以s的降冪排列寫為兩個數組num、den。由于控制系統分子的階次m一般小于其分母的階次n，所以num中的數組元素與分子多項式系數之間自右向左逐次對齊，不足部分用零補齊，缺項系數也用零補上。用MATLAB求控制系統的瞬態響應 1）階躍響應

①求系統階躍響應的指令有：

step(num,den,t)時間向量t的范圍可以由人工給定（例如t=0:0.1:10）

在MATLAB程序中，先定義num,den數組，并調用上述指令，即可生成單位階躍輸入信號下的階躍響應曲線圖。② 求階躍響應的另一種方法

應當指出，當初始條件為零時，G(s)的單位階躍響應與

G(s)的單s位階躍響應相同?？紤]到求系統的單位脈沖響應，因為對于單位脈沖輸入量，R(s)=1所以

C(s)G(s)s2?3s?71 ?C(s)??4?32R(s)ss?4s?6s?4s?1s因此，可以將G(s)的單位階躍響應變換成G(s)的單位脈沖響應。s向MATLAB輸入下列num1和den1，給出階躍響應命令，可以得到系統的單位階躍響應曲線如圖1-1所示，輸入下列num2和den2，給出脈沖響應命令，可以得到如圖1-1所示一樣的單位脈沖響應曲線。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];

圖1-1 單位階躍響應曲線 y=impulse(num,den,t);plot(t,y);grid;

2．特征參量?和?n對二階系統性能的影響

標準二階系統的閉環傳遞函數為：

2?nC(s)?2

2R(s)s?2??ns??n二階系統的單位階躍響應在不同的特征參量下有不同的響應曲線。1）?對二階系統性能的影響

設定無阻尼自然振蕩頻率?n?2(rad/s)，考慮5種不同的?值：利用MATLAB對每一種?求取單位階躍響應?=0,0.25,0.5,1.0和2.0，曲線，分析參數?對系統的影響。

為便于觀測和比較，在一幅圖上繪出5條響應曲線（采用“hold”命令實現）。

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);

圖1-2 ζ不同時系統的響應曲線 text(1.6,0.5,'2.0');由此得到的響應曲線如圖1-2所示： 2）?n對二階系統性能的影響

同理，設定阻尼比??0.25時，當?n分別取1,2,4,6時，利用MATLAB求取單位階躍響應曲線，分析參數?n對系統的影響。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');

圖1-3 ?n不同時系統的響應曲線

由此得到的響應曲線如圖1-3所示：

3．系統穩定性判斷

利用代數穩定判據可確定系統個別參數變化對系統穩定性的影響，以及為使系統穩定，這些參數應取值的范圍。

K 根據單位負反饋系統的開環模型 G(s)?(s?2)(s?4)(s2?6s?25)可以求的閉環系統的特征方程式為：

D(s)?s4?12s3?69s2?198s?200?K?0

則其勞斯陣列為：

s4s3s211252.552.5?198?12?(200?K)52.5200?K69198200?K0200?K

s1s0根據穩定條件: 52.5?198?12?(200?K)＞0;200+K＞0;因此0＜K＜666.25

第三篇：自動控制原理總結報告

自動控制原理總結報告

專 業 自動化 班 級 09自動化<1>班 姓 名 學 號

完成 時間

自動控制原理總結報告

摘要: 本學期我們學習了自動控制原理的前前8章，重點介紹了前6章，離散系統的分析與線性系統類似。自動控制技術所取得的成就和起到的作用給各行各業的人們留下了深刻的印象。從最初的機械轉速、位移的控制到工業過程中對溫度、壓力、流量、物位的控制，從遠洋巨輪到深水潛艇的控制，而今的數控機床，汽車工業，自動控制技術的應用幾乎無處不在。關鍵是自動控制理論和技術已經介入到了電氣、機械、航空、化工、核反應等諸多的學科和領域。所以越來越多的工程技術人員和科學工作者開始了解和關注自動控制的知識。關鍵字：控制 方法 發展 正文:

一、自動控制理論的分析方法：（1）時域分析法；（2）頻率法；（3）根軌跡法；（4）狀態空間方法；（5）離散系統分析方法；（6）非線性分析方法

系統的數學模型(1)解析表達：微分方程；差分方程；傳遞函數；脈沖傳遞函數；頻率特性；脈沖響應函數；階躍響應函數(2)圖形表達：動態方框圖（結構圖）；信號流圖；零極點分布；頻率響應曲線；單位階躍響應曲線

自動控制原理基礎系列課程內容體系具有系統性、科學性、先進性、實用性，對課程體系進行了改革確立了以系統分析、系統建模、系統綜合為自動控制原理課程的主線構建了由時域分析、復域分析、頻域分析、系統校正4個模塊構成的知識體系。

從課程的體系出發以系統建?！到y分析→綜合設計作為課程主線。數學模型是描述系統內部各物理量或變量之間關系的數學表達式建立一個合理的模型是系統分析和設計的前提。從不同的角度對系統進行建模加深對這方面內容的理解。例如可用船舶上的電機調速系統為例通過建立它的微分方程、傳遞函數、結構圖、信號流圖這些不同的數學模型來建立各模型的聯系。

系統分析方法是控制系統綜合設計的基礎這部分的內容主要包括時域分析法、根軌跡法、頻域響應法是控制理論的重點。在控制系統中穩定性、快速性和準確性是對控制系統的基本要求也是衡量系統性能的重要指標控制系統不同的分析問題方法都是緊緊圍繞這三個方面展開的。只要抓住這個特點就抓住了系統分析的關鍵有助于加深對不同方法的理解。例如以我軍某軍艦上的雷達定位系統為例假設給定目標信號要求設計控制器使系統在給定輸入下跟蹤指定目標最小且抗干擾性最好。這些生動的工程實例大大激發了我的興趣使我感受到了控制理論的魅力深刻理解了

結合控制理論的發展更新教學內容近年來控制理論得到了蓬勃發展特別在非線性控制、分布參數控制、魯棒控制、自適應控制、智能控制等方向上取得了重要進展。例如每章結束后都開設一個專題介紹本學科的發展動態這種方法擴大了我們的知識面培養了我們探索科學技術的興趣。結合船舶電氣的發展而言近幾年來隨著電力、電子、控制技術、通訊及信息技術等的不斷發展及其在船舶上的廣泛應用船舶電氣自動化程度大大地提高。新一代大功率半導體電力電子器件在材料、理論、機理、制造工藝和應用技術等方面的研究開發取得了突破性的進展船舶設備進一步向高可靠、節能型方向發展對船舶電力推進和輔機電力拖動技術帶來重大變革可編程序控制器和單片機已逐漸發展成為船舶控制中的一種普遍控制方式。自動控制原理課程雖然是電專業的基礎專業課程但是一般學時安排也不十分充裕。要想在有限的時間內把這門理論性和工程應用性都很強的課程學好必須認真的學習。例如在課程緒論部分通過與專業相關的典型示例引出控制、開環控制、閉環控制以及反饋等基本概念使我們認識到學習本課程的重要性并對控制理論在專業發展的作用有了一定的了解。

二、控制未來發展

1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自動控制的結合物,是一類無需人的干預就能夠獨立地驅動智能機器,實現其目標的自動控制。智能控制的注意力并不放在對數學公式的表達、計算和處理上,而放在對任務和模型的描述,符號和環境的識別以及知識庫和推理機的設計開發上。智能控制用于生產過程,讓計算機系統模仿專家或熟練操作人員的經驗,建立起以知識為基礎的廣義模型,采用符號信息處理、啟發式程序設計、知識表示和自學習、推理與決策等智能化技術,對外界環境和系統過程進行理解、判斷、預測和規劃,使被控對象按一定要求達到預定的目的。智能控制的理論基礎是人工智能,控制論,運籌學和系統學等學科的交叉。2.非線性控制(Nonlinear Control)非線性控制是復雜控制理論中一個重要的基本問題,也是一個難點課題,它的發展幾乎與線性系統平行。非線性系統的發展,數學工具是一個相當困難的問題,泰勒級數展開對有些情況是不能適用的。古典理論中的“相平面”法只適用于二階系統,適用于含有一個非線性元件的高階系統的“描述函數”法也是一種近似方法。由于非線性系統的研究缺乏系統的、一般性的理論及方法,于是綜合方法得到較大的發展。

3.自適應控制(Adaptive Control)自適應控制系統通過不斷地測量系統的輸入、狀態、輸出或性能參數,逐漸了解和掌握對象,然后根據所得的信息按一定的設計方法,作出決策去更新控制器的結構和參數以適應環境的變化,達到所要求的控制性能指標。4.魯棒控制(Robust Control)過程控制中面臨的一個重要問題就是模型不確定性,魯棒控制主要解決模型的不確定性問題,但在處理方法上與自適應控制有所不同。自適應控制的基本思想是進行模型參數的辯識,進而設計控制器?？刂破鲄档恼{整依賴于模型參數的更新,不能預先把可能出現的不確定性考慮進去。而魯棒控制在設計控制器時盡量利用不確定性信息來設計一個控制器,使得不確定參數出現時仍能滿足性能指標要求。

魯棒控制認為系統的不確定性可用模型集來描述,系統的模型并不唯一,可以是模型集里的任一元素,但在所設計的控制器下,都能使模型集里的元素滿足要求。魯棒控制的一個主要問題就是魯棒穩定性。5.模糊控制(Fuzzy Control)模糊控制借助模糊數學模擬人的思維方法,將工藝操作人員的經驗加以總結,運用語言變量和模糊邏輯理論進行推理和決策,對復雜對象進行控制。模糊控制既不是指被控過程是模糊的,也不意味控制器是不確定的,它是表示知識和概念上的模糊性,它完成的工作是完全確定的。

1974年英國工程師E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理論用于鍋爐和蒸氣機的控制以來,開辟了Fuzzy控制的新領域,特別是對于大時滯、非線性等難以建立精確數學模型的復雜系統,通過計算機實現模糊控制往往能取得很好的結果。6.神經網絡控制(Neural Network Control)神經網絡是由所謂神經元的簡單單元按并行結構經過可調的連接權構成的網絡。神經網絡的種類很多,控制中常用的有多層前向BP網絡,RBF網絡,Hopfield網絡以及自適應共振理論模型(ART)等。

神經網絡控制就是利用神經網絡這種工具從機理上對人腦進行簡單結構模擬的新型控制和辨識方法。神經網絡在控制系統中可充當對象的模型,還可充當控制器

7.實時專家控制(Real Time Expert Control)專家系統是一個具有大量專門知識和經驗的程序系統,它應用人工智能技術,根據某個領域一個或多個人類專家提供的知識和經驗進行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,以解決那些需要專家決定的復雜問題。專家系統和傳統的計算機程序最本質的區別在于:專家系統所要解決的問題一般沒有算法解,并且往往要在不完全、不精確或不確定的信息基礎上作出結論。

實時專家系統應用模糊邏輯控制和神經網絡理論,融進專家系統自適應地管理一個客體或過程的全面行為,自動采集生產過程變量,解釋控制系統的當前狀況,預測過程的未來行為,診斷可能發生的問題,不斷修正和執行控制計劃。實時專家系統具有啟發性、透明性、靈活性等特點,目前已經在航天試驗指揮、工業爐窯的控制、高爐爐熱診斷中得到廣泛應用。目前需要進一步研究的問題是如何用簡潔語言來描述人類長期積累的經驗知識,提高聯想化記憶和自學習能力。8.定性控制(Qualitative Control)定性控制是指系統的狀態變量為定性量時(其值不是某一精確值而只知其處于某一范圍內),應用定性推理對系統施加控制變量使系統在某一期望范圍。定性控制與模糊控制的區別:模糊控制不需建模,其控制律憑經驗或算法調整,而定性控制基于定性模型,控制規則基于對系統的定性分析;模糊控制是基于狀態的精確測量值,而定性控制基于狀態的定性測量值。

定性控制面臨的問題:發展定性數學理論,改進定性推理方法,注重定性和定量知識的結合;研究定性建模方法,定性控制方法;加強定性控制應用領域的研究。9.預測控制(Predictive Control)預測控制是在工業實踐過程中獨立發展起來的一種新型控制方法,它不僅適用于工業過程這種“慢過程”的控制,也能適用于快速跟蹤的伺服系統這種“快過程”控制。目前實用的預測控制方法有動態矩陣控制(DMC),模型算法控制(MAC),廣義預測控制(GPC),模型預測啟發控制(MPHC)以及預測函數控制(PFC)等。這

最近有人提出一種新的基于主導內模概念的預測控制方法:結構對外來激勵的響應主要由其本身的模態所決定,即結構只對激勵信息中與其起主導作用的幾個主要自振頻率相接近的頻率成分有較大的響應。目前利用神經網絡對被控對象進行在線辨識,然后用廣義預測控制規律進行控制得到較多重視。

預測控制目前存在的問題是預測精度不高;反饋校正方法單調;滾動優化策略少;對任意的一般系統,其穩定性和魯棒性分析較難進行;參數調整的總體規則雖然比較明確,但對不同類型的系統的具體調整方法仍有待進一步總結。10.分布式控制系統(Distributed Control System)分布式控制系統又稱集散控制系統,是70年代中期發展起來的新型計算機控制系統,它融合了控制技術(Control),計算機技術(Computer),通信技術(Communication),圖像顯示技術(CRT)的“4C”技術,形成了以微處理器為核心的系統,實現對生產過程的監視、控制和管理。

既打破了常規控制儀表功能的局限,又較好地解決了早期計算機系統對于信息、管理過于集中帶來的危險,而且還有大規模數據采集、處理的功能以及較強的數據通信能力。

分布式控制系統既有計算機控制系統控制算法靈活,精度高的優點,又有儀表控制系統安全可靠,維護方便的優點。它的主要特點是:真正實現了分散控制;具有高度的靈活性和可擴展性;較強的數據通信能力;友好而豐富的人機聯系以及極高的可靠性。

總結：通過這一學期的學習，我對自動控制原理這門課有了深刻的認識，現在能夠簡單的分析一些問題了，過程實驗給我們很大的提高。雖然現在還不知道未來要從事什么行業，但不管怎樣要學好當前的每門課?；A一定要打好。

第四篇：自動控制原理實驗報告

北京交通大學

自動控制原理研究性學習報告

——基于MATLAB軟件的系統建模分析與校正

譚堃15221309 田斌15221310 努爾夏提15221305 張雪程13222028

摘要

本文利用MATLAB軟件來實現對自動控制系統建模、分析與設計、仿真的方法。它能夠直觀、快速地分析系統的動態性能、和穩態性能。并且能夠靈活的改變系統的結構和參數通過快速、直觀的仿真達到系統的優化設計。

關鍵詞：MATLAB，自動控制，系統仿真

1.主要任務

單位負反饋隨動系統固有部分的傳遞函數為

G(s)=4K/s(s+2)

1、畫出未校正系統的Bode圖，分析系統是否穩定。

2、畫出未校正系統的根軌跡圖，分析閉環系統是否穩定。

3、設計系統的串聯校正裝置，使系統達到下列指標：（1）靜態速度誤差系數Kv＝20s-1；（2）相位裕量γ≥50°（3）幅值裕量Kg≥10dB。

4、給出校正裝置的傳遞函數。

5、分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。計算校正后系統的穿越頻率ωc、相位裕量γ。

6、分別畫出系統校正前、后的開環系統的奈奎斯特圖，并進行分析。

2.理論分析

（1）確定K值

Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系統的開環對數幅頻特性如圖實線所示。

由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1;

得wc≈6.32；

γ(wc)=180?+?(wc)=90?-72.4?=17.6?

可見相位裕量并不滿足要求，為不影響低頻段特性和改善暫態響應性能，采用引前矯正。

（3）設計串聯微分校正裝置：

微分校正環節的傳遞函數為

Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1);最大相位移為

?max=arcsin[(rd-1)/(rd+1)] 根據系統相位裕量γ(wc)≥50?的要求，微分矯正環節最大相位移為

?max≥50?-17.6?=32.4?

考慮Wc’≥Wc,原系統相角位移將更負些，故?max將更大些，取?max=40?，即有

Sin40?=(γd-1)/(γd+1)=0.64解得γd=4.6 設校正后的系統穿越頻率Wc’為矯正裝置兩交接頻率w1與w2的幾何中點。即

Wc’=√w1w2=w1√rd 若認為Wc’/w1>>1,Wc’/w2<<1,則得

A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈4.32;w2≈19.87;wc’≈9.26。所以校正裝置的傳遞函數為

Wc(s)=(s/4.32+1)/[(s/19.87)+1);（4）驗算校正后系統指標

Wk’(s)=20(s/4.32+1)/[s(s/2+1)(s/19.87+1)] 同理，代入數值得校正裝置的相位裕量為γ(wc’)=52.4? 另?(wj)=-180?,可得出系統穿越頻率wj→∞;所以一定滿足

GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真

(1)時域分析

1.校正前系統的暫態響應曲線如圖：

-圖1 系統單位階躍相應

計算結果：

pos(超調量)=60.46%、、tp(峰值時間)= 0.5s、tr(上升時間)=1.8s，ts(調節時間)=3.7s 由圖可知：校正前系統的的調節時間較長，超調量過大。

3.校正后系統的暫態響應曲線如圖

圖2系統單位階躍相應

計算結果：

pos(超調量)=15.88%、、tp(峰值時間)= 0.3s、tr(上升時間)=0.2s，ts(調節時間)=0.6s

系統的暫態響應與校正前相比有較大改善。該系統依然穩定，而且反應更加快速，應采用。

(2)根軌跡

校正前系統的根軌跡如圖

校正后系統的根軌跡如圖：

校正前后根軌跡對比

(3)對數頻率特性

校正前系統的開環對數頻率特性如圖實線所示：

圖1 系統對數頻率特性曲線

相位裕量γ=17.6

穿越頻率=6.32rad/s微分校正環節的對數頻率特性如圖所示：

校正后系統的開環對數頻率特性如圖所示：

相位裕量γ=52.4穿越頻率=9.26rad/s

對比圖

(4)幅相頻率特性

校正前系統的開環幅相頻率特性如圖所示：

圖7 系統幅相頻率特性曲線

校正后系統的開環幅相頻率特性如圖所示：

對比圖

四、程序附錄（1）時域分析

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）對數頻率特性 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）根軌跡 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）幅相頻率特性 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)

總結

本次研究性學習的內容主要是建立自動控制系統并運用MATLAB軟件對設計的自動控制系統進行仿真，其中涉及了關于自動控制方面的很多知識，也有關于數學建模方面的知識以及MATLAB軟件的應用，此次研究性學習建立了衛星姿態的自動控制。

在此次設計過程中遇到了很多問題，也接觸到了很多以前不知道的知識，特別是之前很少接觸過MATLAB軟件，這讓本次設計一度陷入停滯階段。后來在圖書館和網絡上查閱了大量的相關書籍，并在同學的細心指導下安裝了MATLAB軟件并學習其使用方法，從而使問題一步步得到了解決，最終成功的完成了此次研究性學習。

第五篇：《自動控制原理》復習題

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《自動控制原理》復習題

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統穩定的充要條件是閉環系統的所有特征根必須。、c

越大

ts。、用時域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是。、極坐標圖上以坐標原點為圓心的單位圓和圖上的對應。、如果根軌跡位于實軸上兩個相鄰的開環零點之間

（其中一個零點可以位于無窮遠處)，則在這兩個零點之間必定存在。、要改善

essr

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。、經典控制理論的三大問題是穩定性、和動態性能。、根據控制信號的不同，可以將控制系統分為和隨動控制系統。、如果要求系統的快速性好，則閉環極點應距離越遠越好。、開環控制和是控制系統的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統稱為線性系統，我們又常稱為線性可加性。、組成系統的控制裝置與被控對象之間，只有順向作用而沒有反向聯系的控制稱之為。、用標明傳遞函數的方塊和連接線表示系統功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列的所有元素均大于零，那么系統。、在二階系統中，n

稱為。、在自動控制系統中，使用速度反饋與微分順饋可以改善系統的。、開環幅相頻率特性曲線越靠近（－）點，系統的穩定程度。、一個控制系統的控制作用能否對系統的所有狀態產生影響，從而能對系統的狀態實現控制，稱為。、控制系統的反饋分為狀態反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩定性的兩個重要指標。

二、選擇題（每小題分，共分）、設線性定常系統的閉環特征方程的根為

si，,?，則該系統穩定的充分必要條件為（）。

．

[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應曲線中，阻尼比越小，那么（）。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

．超調量越大

上升時間越?。{量越小

上升時間越大

．超調量越小

上升時間越?。{量越大

上升時間越大、對于開環增益為的Ⅰ型系統，在階躍信號

()作用下的穩態誤差為（）。

．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關于系統開環頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環頻率特性的低頻段決定了系統的無差度和開環增益。

．幅頻對數特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時，系統一定是穩定的，并

且動態性能比較好。

．系統的開環截止頻率

c

與調節時間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應為

vh

~

5。、開環系統的極坐標圖如下，不穩定的是圖（）。、設某系統的相位裕度是

co，開環截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環截止頻

率為

c，適合用滯后校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

．

co

c,co

c

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環節，產生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分與微分控制規律的另一種表示方法是（）。

（）

．．．．、對于欠阻尼的二階系統，當無阻尼自然振蕩頻率

n

保持不變時，（）

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間越大

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間越小

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間不變

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間不定、在系統開環傳遞函數中增加零點，將使系統的動態性能

（）

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動控制

.線性定常系統

.穩態誤差

.相對穩定性

.根軌跡法

四、簡答題（每題分，共分）、簡述采用傳遞函數描述系統的特點。、請寫出梅遜公式的表達式，并說明公式中每個參數的含意。、試述擾動信號對系統穩態誤差的影響，并寫出減小或消除擾動引起的穩態誤差的措施。、根軌跡如果穿過虛軸，如何計算根軌跡與虛軸交點的坐標。、簡述最小相位系統，并說明其主要特點。、簡述奈氏穩定判據。

五、計算題（每題分，共分）

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、已知系統特征方程為

s4

3s3

6s2

3s

0，試用代數穩定性判據判別系統的穩定性。、已知反饋控制系統結構圖如右圖所示。

試

確

定

結

構

參

數

和

τ，使

M

p

20%,t

p

1s，并計算調節時間

ts。

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統穩定的充要條件是閉環系統的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是。、極坐標圖上以坐標原點為圓心的單位圓和圖上的對應。、如果根軌跡位于實軸上兩個相鄰的開環極點之間則在這兩個極點之間必定存在。、要改善

essn

通?？刹捎脙煞N方式：）增加前向通路的增益；）。、自動控制系統的基本要求是穩、準和。、根據時間信號的不同，可以將控制系統分為和離散時間系統。、如果要求系統的快速性好，則閉環極點應距離越遠越好。、開環控制和是控制系統的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統稱為線性系統，我們又常稱為線性可加性。、組成系統的控制裝置與被控對象之間，有順向作用還有反向聯系的控制稱之為。、用標明傳遞函數的方塊和連接線表示系統功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號變化次數代表。、在二階系統中，d

稱為。、在自動控制系統中，為了改善系統的動態性常采用與微分順饋的方法。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、開環幅相頻率特性曲線越遠離（－）點，系統的穩定程度。、一個控制系統能否通過輸出量把系統的初始狀態識別出來，稱為。、控制系統的反饋分為狀態反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩定性的兩個重要指標。

二、選擇題（每小題分，共分）、設線性定常系統的閉環特征方程的根為

si，,?，則該系統穩定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調量越

大

調整時間越?。{量越小

調整時間越大．超調量越小

調整時間越?。{量越大調整時間越大、對

于

開

環

增

益

為的Ⅰ

型

系

統，在階

躍

信

號

()

作

用

下的穩

態

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關于系統開環頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環頻率特性的低頻段決定了系統的無差度和開環增益。

．幅頻對數特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時，系統一定是穩定的，并

且動態性能比較好。

．系統的開環截止頻率

c

與調節時間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應為

vh

~

5。、開環系統的極坐標圖如下，不穩定的是圖（）。、設某系統的相位裕度是

co，開環截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

coc,coc

．

co

c,coc

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

．

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環節，產生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對于欠阻尼的二階系統，當無阻尼自然振蕩頻率

保持不變時，（）

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越大

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越小

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不變

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不定、在系統開環傳遞函數中增加極點，將使系統的穩定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.傳遞函數

.線性定常系統

.穩定性

.閉環主導極點

.穩定裕量

四、簡答題（每題分，共分）、簡述結構圖化簡的原則。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、簡述信號流圖中前向通路是怎么定義的。、簡述控制系統穩態誤差的三要素。、簡述根軌跡的分離點和會合點，并寫出分離點和會合點的計算方法。、簡述最小相位系統，并說明其主要特點。、簡述波德圖上的奈氏穩定判據。

五、計算題（每題分，共分）、已知系統的閉環特征方程為

s6

2s5

8s4

12s3

20s2

16s

0，試用代數穩定判

據判斷該系統是否穩定，如不穩定請說明引起系統不穩定的根的個數；如臨界穩定，請求取使系統臨界穩定的共軛虛根。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、有擾系統如下圖所示，已知輸入信號

R（s)

1/

s，擾動信號

N

(s)

1/

s，試求該系統的穩態誤差。

N(s)

R(s)

K

K

C(s)

s

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統穩定的充要條件是閉環系統的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是。、極坐標圖上以坐標原點為圓心的單位圓和圖上的對應。、如果根軌跡位于實軸上兩個相鄰的開環極點之間則在這兩個極點之間必定存在。、要改善

essn

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、自動控制系統的基本要求是穩、準和。、根據時間信號的不同，可以將控制系統分為和離散時間系統。、如果要求系統的快速性好，則閉環極點應距離越遠越好。、開環控制和是控制系統的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統稱為線性系統，我們又常稱為線性可加性。、組成系統的控制裝置與被控對象之間，有順向作用還有反向聯系的控制稱之為。、用標明傳遞函數的方塊和連接線表示系統功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號變化次數代表。、在二階系統中，d

稱為。、在自動控制系統中，為了改善系統的動態性常采用與微分順饋的方法。、開環幅相頻率特性曲線越遠離（－）點，系統的穩定程度。、一個控制系統能否通過輸出量把系統的初始狀態識別出來，稱為。、控制系統的反饋分為狀態反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩定性的兩個重要指標。

二、選擇題（每小題分，共分）、設線性定常系統的閉環特征方程的根為

si，,?，則該系統穩定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調量越

大

調整時間越?。{量越小

調整時間越大．超調量越小

調整時間越小．超調量越大調整時間越大、對

于

開

環

增

益

為的Ⅰ

型

系

統，在階

躍

信

號

()

作

用

下的穩

態

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關于系統開環頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環頻率特性的低頻段決定了系統的無差度和開環增益。

．幅頻對數特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時，系統一定是穩定的，并

且動態性能比較好。

．系統的開環截止頻率

c

與調節時間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應為

vh

~

5。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、開環系統的極坐標圖如下，不穩定的是圖（）。、設某系統的相位裕度是

co，開環截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

co

c,co

c



．

．



co

c,co

c

co

c,co

c、二階振蕩環節，產生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對于欠阻尼的二階系統，當無阻尼自然振蕩頻率

保持不變時，（）

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越大

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越小

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不變

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不定、在系統開環傳遞函數中增加極點，將使系統的穩定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動控制

.線性定常系統

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

.穩態誤差

.相對穩定性

.根軌跡法

四、簡答題（每題分，共分）、簡述采用傳遞函數描述系統的特點。、請寫出梅遜公式的表達式，并說明公式中每個參數的含意。、試述擾動信號對系統穩態誤差的影響，并寫出減小或消除擾動引起的穩態誤差的措施。、根軌跡如果穿過虛軸，如何計算根軌跡與虛軸交點的坐標。、簡述最小相位系統，并說明其主要特點。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、簡述奈氏穩定判據。

五、計算題（每題分，共分）、已知單位負反饋系統如下圖所示，R(s)

K

C(s)

s

(s+1)(s+5)

()

求使閉環系統穩定的的取值范圍。

（本小題分）

()

如果要求閉環特征方程的所有根的實部都小于－，求的取值范圍。

（本小題分）

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

K

g、已知單位負反饋系統的開環傳遞函數為

Go

(s)，試繪制其根軌跡。

s(s

1)(s

5)

/