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上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)自動控制原理2021考研大綱

科目名稱：自動控制原理

適用專業(yè)：控制理論與控制工程

參考書目：

《自動控制原理》丁肇紅等，西安電子科技大學(xué)出版社;

《自動控制原理習(xí)題解析》丁肇紅等，西安電子科技大學(xué)出版社;

《自動控制原理》胡壽松，科學(xué)出版社

考試時間：3小時

考試方式：筆試

總　　分：150分

考試范圍：只考經(jīng)典控制理論(不包含非線性部分)。

第一章 緒論

1. 重點掌握自動控制系統(tǒng)的工作原理、自動控制系統(tǒng)的組成與幾種不同分類。

2. 重點掌握通過實例分析反饋控制的工作原理和框圖表示，基本控制方式和對控制系統(tǒng)的基本要求。

第二章 線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

控制理論的兩大任務(wù)是系統(tǒng)分析與系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)分析和設(shè)計中首先要建立被研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。本章主要給出經(jīng)典控制理論使用的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)的建立。

本章要求：

1.掌握的概念：傳遞函數(shù);極點、零點;開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、誤差傳遞函數(shù);典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。

2.重點掌握建立電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)模型的方法。

3.重點掌握方框圖化簡或信號流圖梅森增益公式獲得系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建模方法。

第三章 控制系統(tǒng)時域分析

根據(jù)研究系統(tǒng)采用的不同數(shù)學(xué)模型，分析方法是不同的，本章給出利用系統(tǒng)傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型求取時間響應(yīng)的系統(tǒng)時域分析法。主要是分析系統(tǒng)的三大基本性能，即系統(tǒng)的穩(wěn)(穩(wěn)定性)、準(zhǔn)(準(zhǔn)確性)、快(快速性)。穩(wěn)定性是系統(tǒng)工作的必要條件;快速性和相對穩(wěn)定程度(振蕩幅度)是評價系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo);準(zhǔn)確性是指系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)精度，用穩(wěn)態(tài)誤差來衡量，需注意：討論的穩(wěn)態(tài)誤差是指由輸入信號和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)引起的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的誤差。

本章要求：

1.掌握的概念：穩(wěn)定性;動態(tài)(或暫態(tài))性能指標(biāo)(最大超調(diào)量、上升時間、峰值時間、調(diào)整時間);穩(wěn)態(tài)(靜態(tài))性能指標(biāo)(穩(wěn)態(tài)誤差);一階、二階系統(tǒng)的主要特征參量;欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼系統(tǒng)特點;主導(dǎo)極點。

2.重點掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性判別(Routh判據(jù));穩(wěn)態(tài)誤差終值計算(包括三個穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)Kp、Kv、Ka的計算);二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)計算和單位階躍響應(yīng)。

第四章 根軌跡法

閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根(系統(tǒng)閉環(huán)極點)在S平面的分布完全決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、主要決定了系統(tǒng)的動態(tài)性能，因此利用根軌跡(閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根隨系統(tǒng)參數(shù)變化在S平面所形成的軌跡)可對系統(tǒng)性能進行分析。根軌跡法是經(jīng)典控制理論系統(tǒng)分析與設(shè)計的兩大主要方法之一，是利用開環(huán)傳遞函數(shù)分析閉環(huán)系統(tǒng)性能。根軌跡繪制依據(jù)根軌跡方程(由根軌跡方程演變?yōu)槔L制根軌跡的基本條件、基本規(guī)則)。根軌跡方程的不同導(dǎo)致了180度(負反饋)根軌跡和零度(正反饋)根軌跡的分類，系統(tǒng)變化參數(shù)的不同導(dǎo)致了常規(guī)根軌跡和參數(shù)根軌跡的分類。

本章要求：

1.掌握的概念：根軌跡;常規(guī)根軌跡;相角條件、幅值條件;根軌跡增益。

2.重點掌握常規(guī)根軌跡的繪制法則及對控制系統(tǒng)分析，利用根軌跡的相角條件導(dǎo)出根軌跡所滿足的方程和利用幅值條件求根軌跡增益。

3.掌握增加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響;利用根軌跡分析系統(tǒng)穩(wěn)定性與具有一定的動態(tài)響應(yīng)特性(如衰減振蕩、無超調(diào)等特性)的方法。

4. 掌握參量根軌跡的繪制。

第五章 控制系統(tǒng)頻域分析

頻域分析是經(jīng)典控制理論系統(tǒng)分析與設(shè)計的另一主要方法，使用的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是頻率特性。頻率特性描述了正弦輸入作用下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的幅值和相位與輸入信號幅值和相位之間的關(guān)系，其表現(xiàn)形式是以jω代替?zhèn)鬟f函數(shù)G(s)中的s而得到的G(jω)。頻域分析方法包括采用開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能和直接采用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)性能，但主要是指利用開環(huán)頻率特性的分析方法。頻域分析是一種圖解分析方法，利用開環(huán)頻率特性的幅相頻率特性圖(Nyquist圖)和對數(shù)頻率特性圖(Bode圖)分析系統(tǒng)性能(穩(wěn)定性、動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能);系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)是頻域指標(biāo)(幅值穿越頻率、相角穿越頻率和相角裕度、幅值裕度等)，與時域指標(biāo)(超調(diào)量、調(diào)整時間)有著密切關(guān)系。

本章要求：

1.掌握的概念：頻率特性;開環(huán)頻率特性、閉環(huán)頻率特性;最小相位系統(tǒng);幅值穿越頻率(剪切頻率)、相角穿越頻率、相角裕度、幅值裕度;諧振頻率、諧振峰值;截止頻率、頻帶寬度;三頻段。

2.重點掌握開環(huán)頻率特性Nyquist圖、Bode圖的繪制;由Bode圖確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)。

3.重點掌握Nyquist穩(wěn)定判據(jù);借助Bode圖對幅值、相角穿越頻率和幅值、相角裕度的計算。

第六章 控制系統(tǒng)的校正

當(dāng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)達不到要求時，就要給系統(tǒng)加入一些附加裝置，使系統(tǒng)的性能達到規(guī)定指標(biāo)的要求，所引入的裝置稱為校正裝置，相應(yīng)的設(shè)計校正裝置的過程稱為校正。根據(jù)校正裝置的作用分為相位滯后校正、相位超前校正和相位滯后—超前校正裝置;按校正裝置在系統(tǒng)中所處的位置校正方式分為串聯(lián)校正、并聯(lián)校正和反饋校正。校正設(shè)計采用的方法為頻率法校正。

本章要求：

1.掌握的概念：校正實質(zhì);校正方式;校正裝置類型、特性與作用。

2.重點掌握基于頻率法的滯后校正、超前校正、滯后-超前校正方法。

3. 重點掌握頻率特性法確定串聯(lián)校正裝置的方法，注意與第五章中利用Bode圖分析系統(tǒng)方法的綜合運用。

4. 重點掌握PID控制器的原理、特點和作用。

第七章 離散控制系統(tǒng)分析

隨著計算機的迅速發(fā)展，計算機作為控制器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中，稱為計算機控制系統(tǒng)。計算機只在特定的間斷時間點上接受數(shù)據(jù)，因此必須研究離散控制系統(tǒng)。

本章要求：

1.熟悉離散系統(tǒng)z變換、離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型求取、采樣定理。

2.重點掌握差分方程和脈沖響應(yīng)。

2.重點掌握開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)和閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)求取，離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差的計算，動態(tài)性能分析。