上海應用技術大學

上海應用技術大學自動控制原理2021考研大綱

科目名稱：自動控制原理

適用專業：控制理論與控制工程

參考書目：

《自動控制原理》丁肇紅等，西安電子科技大學出版社;

《自動控制原理習題解析》丁肇紅等，西安電子科技大學出版社;

《自動控制原理》胡壽松，科學出版社

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的工作原理、自動控制系統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的基本要求。

第二章 線性系統的數學模型

控制理論的兩大任務是系統分析與系統設計，系統分析和設計中首先要建立被研究系統的數學模型。本章主要給出經典控制理論使用的系統數學模型——傳遞函數的建立。

本章要求：

1.掌握的概念：傳遞函數;極點、零點;開環傳遞函數、閉環傳遞函數、誤差傳遞函數;典型環節的傳遞函數。

2.重點掌握建立電氣系統、機械系統的微分方程和傳遞函數模型的方法。

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傳遞函數的建模方法。

第三章 控制系統時域分析

根據研究系統采用的不同數學模型，分析方法是不同的，本章給出利用系統傳遞函數數學模型求取時間響應的系統時域分析法。主要是分析系統的三大基本性能，即系統的穩(穩定性)、準(準確性)、快(快速性)。穩定性是系統工作的必要條件;快速性和相對穩定程度(振蕩幅度)是評價系統動態響應的性能指標;準確性是指系統穩態響應的穩態精度，用穩態誤差來衡量，需注意：討論的穩態誤差是指由輸入信號和系統結構引起的系統穩態時的誤差。

本章要求：

1.掌握的概念：穩定性;動態(或暫態)性能指標(最大超調量、上升時間、峰值時間、調整時間);穩態(靜態)性能指標(穩態誤差);一階、二階系統的主要特征參量;欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼系統特點;主導極點。

2.重點掌握系統穩定性判別(Routh判據);穩態誤差終值計算(包括三個穩態誤差系數Kp、Kv、Ka的計算);二階系統動態性能指標計算和單位階躍響應。

第四章 根軌跡法

閉環系統特征方程的根(系統閉環極點)在S平面的分布完全決定了系統的穩定性、主要決定了系統的動態性能，因此利用根軌跡(閉環系統特征方程的根隨系統參數變化在S平面所形成的軌跡)可對系統性能進行分析。根軌跡法是經典控制理論系統分析與設計的兩大主要方法之一，是利用開環傳遞函數分析閉環系統性能。根軌跡繪制依據根軌跡方程(由根軌跡方程演變為繪制根軌跡的基本條件、基本規則)。根軌跡方程的不同導致了180度(負反饋)根軌跡和零度(正反饋)根軌跡的分類，系統變化參數的不同導致了常規根軌跡和參數根軌跡的分類。

本章要求：

1.掌握的概念：根軌跡;常規根軌跡;相角條件、幅值條件;根軌跡增益。

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

3.掌握增加開環零、極點對根軌跡的影響;利用根軌跡分析系統穩定性與具有一定的動態響應特性(如衰減振蕩、無超調等特性)的方法。

4. 掌握參量根軌跡的繪制。

第五章 控制系統頻域分析

頻域分析是經典控制理論系統分析與設計的另一主要方法，使用的系統數學模型是頻率特性。頻率特性描述了正弦輸入作用下系統穩態響應的幅值和相位與輸入信號幅值和相位之間的關系，其表現形式是以jω代替傳遞函數G(s)中的s而得到的G(jω)。頻域分析方法包括采用開環頻率特性分析閉環系統性能和直接采用閉環頻率特性分析系統性能，但主要是指利用開環頻率特性的分析方法。頻域分析是一種圖解分析方法，利用開環頻率特性的幅相頻率特性圖(Nyquist圖)和對數頻率特性圖(Bode圖)分析系統性能(穩定性、動態性能、穩態性能);系統的動態性能指標是頻域指標(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(超調量、調整時間)有著密切關系。

本章要求：

1.掌握的概念：頻率特性;開環頻率特性、閉環頻率特性;最小相位系統;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.重點掌握開環頻率特性Nyquist圖、Bode圖的繪制;由Bode圖確定系統傳遞函數。

3.重點掌握Nyquist穩定判據;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 控制系統的校正

當系統的性能指標達不到要求時，就要給系統加入一些附加裝置，使系統的性能達到規定指標的要求，所引入的裝置稱為校正裝置，相應的設計校正裝置的過程稱為校正。根據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;按校正裝置在系統中所處的位置校正方式分為串聯校正、并聯校正和反饋校正。校正設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;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校正裝置的方法，注意與第五章中利用Bode圖分析系統方法的綜合運用。

4. 重點掌握PID控制器的原理、特點和作用。

第七章 離散控制系統分析

隨著計算機的迅速發展，計算機作為控制器已廣泛應用于工業系統中，稱為計算機控制系統。計算機只在特定的間斷時間點上接受數據，因此必須研究離散控制系統。

本章要求：

1.熟悉離散系統z變換、離散系統數學模型求取、采樣定理。

2.重點掌握差分方程和脈沖響應。

2.重點掌握開環脈沖傳遞函數和閉環脈沖傳遞函數求取，離散系統的穩定性和穩態誤差的計算，動態性能分析。