自动控制原理(电子)

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()sinftt，则其拉氏变换F(s)是（）。答案：A．22ssB．22sC．sD．22s正确答案：B解题思路：22[sin]Lts。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22()43sFsss，则其拉氏反变换()ft是（）。答案：A．31122tteeB．312tteeC．312tteeD．3ttee正确答案：A解题思路：121213F(s)ss。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：meduTdtC。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622ctctrt，则系统的传递函数是（）。答案：A．231sB．131sC．162sD．232s正确答案：B解题思路：惯性环节的微分方程为()()()dctTctKrtdt，对应的传递函为()()=()1CsKGsRsTs。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3stT。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0ζ1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0ζ1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.ζ0B.0ζ1C.ζ≥1D.ζ＝0正确答案：B二阶系统特征方程的根为具有负实部的复数根时为欠阻尼情形。所以选B。离线作业：无17.二阶系统的时域分析（二）本知识点介绍了欠阻尼二阶系统的时域性能指标和改善系统动态性能的方法。在线作业题目类型：单选1、二阶欠阻尼系统的性能指标中只与阻尼比有关的是（）。答案：A.上升时间B.峰值时间C.调整时间D.超调量正确答案：D解题思路：二阶欠阻尼系统的性能指标中最大超调量是阻尼比的单值函数。所以选D。离线作业：无18.高阶系统的时域分析本知识点介绍了高阶系统时域分析的方法和主导极点的概念。在线作业题目类型：单选1、系统主导极点的特点是()。答案：A.距离虚轴很近B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离实轴很远正确答案：A解题思路：在所有闭环极点中，离虚轴最近且周围无零点的极点为主导极点，高阶系统的动态性能由主导极点决定。所以选A离线作业：无19.线性系统的稳定性分析（一）本知识点给出了线性系统稳定性的概念、稳定的充要条件和判别方法：劳斯判据。在线作业题目类型：单选1、为了保证系统稳定，系统闭环极点都必须位于（）上。答案：A．s左半平面B．s右半平面C．s上半平面D．s下半平面正确答案：A解题思路：线性系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根都具有负实部，即闭环传递函数的极点均位于s左半平面（不包括虚轴）。所以选A。离线作业：无20.线性系统的稳定性分析（二）本知识点介绍了劳斯判据的特殊情况及其应用。在线作业题目类型：单选1、劳斯表中某行元素全为零，说明系统存在（）的闭环极点。答案：A．关于实轴对称B．关于原点对称C．关于虚轴对称D．坐标原点正确答案：B解题思路：当系统的闭环特征方程中存在关于原点对称的根是劳斯表中某行元素全为零。所以选B。离线作业：无21.稳态误差及其计算（一）本知识点介绍了稳态误差的概念和系统在各种典型输入作用下的稳态误差。在线作业题目类型：单选1、控制系统的稳态误差ess反映了系统的（）。答案：A．稳态控制精度B．相对稳定性C．快速性D．平稳性正确答案：A解题思路：控制系统的稳态误差ess反映了系统的稳态控制精度。所以选A。离线作业：无22.稳态误差及其计算（二）本知识点介绍了系统稳态误差的计算和减小稳态误差的措施。在线作业题目类型：多选1、减小控制系统的稳态误差ess的措施有（）。答案：A．增加积分环节的个数B．减小开环放大倍数C．复合控制系统D．增大开环放大倍数正确答案：ACD解题思路：减小控制系统的稳态误差ess的措施有增加积分环节的个数、增大开环放大倍数和采用复合控制系统。所以选ACD。离线作业：无23.根轨迹法的基本概念（一）本知识点给出了根轨迹法的基本概念和根轨迹与系统性能之间的关系。在线作业题目类型：单选1、开环传递函数为(0.53)()(0.51)(0.52)kGsss,其根轨迹的起点为（）。答案：A．0，-3B．-1，-2C．0，-6D．-2，-4正确答