自动控制原理考试题型
一、选择题（每题2分，共20分）
二、填空题（每空1分，共15分）
三、简答题（每题4分，共20分）
1、根据电路图，写出系统的传递函数；
2、劳斯判据判断系统的稳定性；
3、已经系统开环零点、极点分布情况，画初略根轨迹；
4、奈奎斯特曲线，判断系统的稳定性；
5、已知波特图，求传递函数；
四、计算分析题（4个大题，共45分）
1、结构图的等效变换和化简求系统的传递函数；或用梅森公式求系统的传递函数；
2、求系统的性能指标和稳态误差的计算；
3、画根轨迹，根据根轨迹说明系统的稳定性。
4、画波特图，并计算的系统的相频稳定裕度。
第一章自动控制系统概述（填空）
名词解释：自动控制，开环控制，闭环控制
自动控制系统的分类：？
对控制系统的基本要求：？
第二章控制系统的数学模型（大题）
1、建立系统的微分方程，根据微分方程，可以写出传递函数。
2、传递函数的定义？
3、书P13页，例题2-1.（拉式变换和拉式反变换）
当初始条件为0时，微分的拉式变换：
当初始条件为0时，积分的拉式变换：
4、记忆五个典型环节(比例、积分、微分、惯性、震荡)的传递函数。
5、结构图的等效变换和化简，求系统的传递函数。例题2-9.
6、信号流图，梅森公式求系统的传递函数。例2-12.
给出系统结构图，可以通过结构图的等效变换来求传递函数；
根据系统的结构图，画出系统的信号流图，根据梅逊公式求系统的传递函数。
课后习题： 2-9(b)，2-10（a、b、e），2-13（a、b、d）。
第三章控制系统的时域分析（大题）
1、记忆5个典型信号的时域表达式和拉普拉斯变换式子；
2、一阶系统的传递函数：
在单位阶跃输入信号作用下，一阶系统的超调量和峰值时间均不存在，调节时间为：
(T为时间常数)
例题3-1.
3、二阶系统的传递函数：
在单位阶跃输入信号作用下，
（无阻尼），系统等幅震荡；
在单位阶跃输入信号作用下，在
（欠阻尼）时，系统的时域输出为：
其中：
二阶系统的单位阶跃响应呈衰减正弦震荡。
4、典型二阶系统的动态性能指标：
上升时间：
峰值时间：
超调量：
调节时间：
例题：3-2.
5、劳斯判据，例题3-4，3-8.
6、稳态误差分析及计算，表3-2理解记忆。
给定输入信号下的稳态误差计算方法：
由给定的输入信号形式求相应的静态误差系数：
阶跃信号：
斜坡信号/速度信号 
抛物线/加速度信号 
扰动作用下稳态误差的求取：
终值定理
系统的稳态误差：
例题3-10.
第四章 控制系统的根轨迹分析法（大题）
1、根轨迹的定义
2、区分根轨迹增益（传递函数为零极点形式）和开环增益（传递函数为时间常数形式）：
3、根轨迹的幅值条件和相角条件。
4、根据零极点分布，概略绘制相应的根轨迹图。习题4-1.
5、根轨迹的十条基本准则。例题4-3，4-4.
第五章 控制系统的频率特性分析法（大题）
1、频率特性：在正弦输入下，线性定常系统或环节，其输出的问题分量与输入的复数比。（传递函数中的s用jw来代替）
2、系统的传递函数为
，在输入信号为：
作用下，系统的稳态输出为：
其中
P(w):实频特性；
Q(w):虚频特性；
A(w):幅频特性；
(w):相频特性；
3、记忆比例、积分、微分、惯性、一阶微分、震荡、二阶微分的频率特性：包括幅频和相频。其中：惯性、一阶微分、震荡、二阶微分区分低频段（Tw<1）和高频段(Tw>1)。
4、会画系统的极坐标图（乃奎斯特、幅相频率特性曲线）：
找四个特殊的点：起点、终点、与实轴的交点、与虚轴的交点。
5、会画波特图（对数幅相频率特性曲线），从左到右，从低频到高频。习题：5-5，5-6，5-7。
6、奈氏判据：
Z=0,系统稳定。含V个积分环节，需要先补全，从0+开始，逆时针方向补900V。习题：5-8
7、会求截止频率（剪切频率、穿越频率）。
8、会求相位裕量与增益裕量。例题5-7，习题5-14,5-16.
第二篇：自动控制原理第二章复习总结(第二版)
第二章 过程装备控制基础
本章内容：简单过程控制系统的设计
复杂控制系统的结构、特点及应用。
第一节 被控对象的特性
一、被控对象的数学描述
（一） 单容液位对象
1．有自衡特性的单容对象
2．无自衡特性的单容对象
（二） 双容液位对象
1．典型结构：双容水槽如图2-5所示。
图2-5 双容液位对象 图2-6 二阶对象特性曲线
2．平衡关系：水槽1的动态平衡关系为：
3．二阶被控对象：
式（2-18）就是描述图2-5所示双容水槽被控对象的二阶微分方程式。称二阶被控对象。
二、被控对象的特性参数
（一） 放大系数K（又称静态增益）
（二） 时间常数T
（三）滞后时间τ
（1）．传递滞后τ0（或纯滞后）：
（2）．容量滞后τc
可知τ=τ0+τc。
三、对象特性的实验测定
对象特性的求取方法通常有两种：
1．数学方法
2．实验测定法
（一） 响应曲线法：
（二） 脉冲响应法
第二节 单回路控制系统
定义：（又称简单控制系统），是指由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。
一、单回路控制系统的设计
设计步骤：
1．了解被控对象
2．了解被控对象的动静态特性及工艺过程、设备等
3．确定控制方案
4．整定调节器的参数
（一） 被控变量的选择
（二） 操纵变量的选择
（三） 检测变送环节的影响
（四） 执行器的影响
二、调节器的调节规律
1．概念 调节器的输出信号随输入信号变化的规律。
2．类型 位式、比例、积分、微分。
（一）位式调节规律
1．双位调节
2．具有中间区的双位调节
3．其他 三位或更多位的调节。
（二）比例调节规律（P）
1．比例放大倍数（K）
2．比例度
3．比例度对过渡过程的影响（如图2-24所示）
4．调节作用
比例调节能较为迅速地克服干扰的影响，使系统很快地稳定下来。通常适用于干扰少扰动幅度小、符合变化不大、滞后较小或者控制精度要求不高的场合。
（三）比例积分调节规律（PI）
1．积分调节规律（I）
（1）概念：调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比
式中：KI为积分速度，TI为积分时间。
（2）控制作用：积分控制作用是力图消除余差。缺点纯积分控制的缺点在于其输出变化总要滞后于偏差的变化。
2．比例积分控制规律（PI）
（四）比例积分微分调节规律（PID）
1．微分调节规律（D）
（1）概念：调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比
式中：TD为微分时间。
（2）控制作用：微分调节器的输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在与否无关。即微分作用对恒定不变的偏差是没有克服能力的。不能单独使用。
2．比例微分控制规律（PD）
4．比例积分微分控制规律（PID）
（五）调节规律的选取
1．调节规律选取原则：
2．调节规律选取参考
三、调节器参数的工程整定
介绍几种简单控制系统调节器参数的工程整定方法：
（一） 经验试凑法
（二） 临界比例度法（又称Ziegler-Nichols方法）
（三） 衰减曲线法
（四）方法比较
第三节 复杂控制系统
一、串级控制系统
（一）串级控制的基本原理
2．通用的串级控制系统：
图2-42 串级控制系统方块图
（3）串级控制系统中常用的名词和术语。
主变量y1：使它保持平稳使控制的主要目标。
副变量y2：它使被控对象中引出的中间变量。
副对象：副变量与操纵变量之间的通道特性
主对象：主变量与副变量之间的通道特性。
副控制器：接受副变量的偏差，其输出去操纵阀门。
主控制器：接受主变量的偏差，其输出去改变副控制器的设定值。
副回路：处于串级控制系统内部的，由副变量检测变送器、副控制器、调节阀、副对象组成的回路。
主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，我们称这个单回路为主回路。
（二）串级控制系统的主要特点及其应用场合
1．主要特点：
（1）．能迅速克服进入副回路的干扰
（2）．能改善被控对象的特性，提高系统克服干扰的能力
（3）．主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度
2．应用场合：在被控对象的容量滞后大、干扰强、要求高的场合；对上述特点之一有明显提高的场合。
二、前馈控制系统
（一）前馈控制的基本原理
1．前馈控制（又称扰动补偿）：测量进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上。
（3）前馈控制系统框图：（图2-42）
图2-44 前馈控制方块图
a．f→y之间的两个传递通道：
f→Gf→y；
f→测量装置→补偿器→Gp→y。
（二）前馈控制的主要结构形式
1．静态前馈控制
2．前馈-反馈控制系统
3．其它控制系统：
（1） 动态前馈控制：当对象的控制通道和干扰通道的动态特性差异很大时使用。
（2） 多变量前馈控制：具有多个输入和多个输出的系统。
三、比值控制系统
1．目的：为了实现几种物料符合一定的比例关系，使生产能安全正常地进行。
2．意义：在化工、炼油生产中，经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行化学反应。若比例失调，轻则影响产品质量，重则影响安全。
（一）定比值控制系统
定义：系统以保持两物料流量比值一定为目的，比值器的参数经计算设置好后不再变动，工艺要求的实际流量比值r也就固定不变，称为定比值控制系统。
1．开环比值控制系统
2．单闭环比值控制系统
3．双闭环比值控制系统
定义：为使流量的比值恒定，总负荷平稳，在单闭环比值控制的基础上作以改进。
（二）变比值控制系统
（三）比值控制系统的实施
1．应用比值器的方案
2．应用乘法器的方案
3．应用除法器的方案
四、选择性控制系统
目的：减少开停车中的不稳定工况。
（一）选择性控制的基本原理
1．原理：在控制回路中引入选择器的系统都称为选择性控制系统。
2．选择器种类：
（1） 高值选择器：
（2） 低值选择器；
4．特点：与自动联锁保护系统不同，可以在工艺过程不停车的情况下解决生产中的不正常状况。
（二）选择性控制的类型
1．选择器位于两个调节器与执行器之间：
2．选择器在变送器与调节器之间：
（三）选择性控制中选择器性质的确定
1．确定选择器的任务：是使用高值选择器，还是使用低值选择器。
2．确定选择器性质的步骤：首先从工艺安全出发确定调节阀的气开、气关形式；然后确定调节器的正反作用方式；最后确定选择器的类型。
五、均匀控制系统
（一）基本概念
特点：
图2-61 前一设备的液位与后一设备的进料量关系
1―液位变化曲线；2―流量变化曲线
（二）实现均匀控制的三种可行方案：
1．简单均匀控制
2．串级均匀控制
3．双冲量均匀控制