自控原理知识点小结（填空&简答）

一、一般概念

1.1 控制方式

1. 反馈控制方式特点：闭环负反馈控制，即按偏差调节；抗干扰性好，控制精度高；系统参数应适当选择。
2. 开环控制方式特点：系统输出量不会对系统的控制作用发生影响。分为按给定量控制和按扰动控制两种方式。
3. 复合控制方式：结合开环控制和闭环控制，是一种按偏差控制和按扰动控制结合的一种控制方式。

1.2 控制系统

1. 自动控制系统可分为：线性连续控制系统；线性定常离散控制系统；非线性控制系统。
2. 自动控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性，即稳、准、快。

二、数学模型

1. 传递函数：零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
2. 传递函数的拉氏反变换是单位脉冲响应，反映系统的运动特性。
3. 传递函数的极点是系统微分方程的特征根，决定了系统的模态。
4. 控制系统的结构图包含：信号线、引出点、比较点和方框。

三、时域分析方法

1. 闭环主导极点：距虚轴最近的极点，其他极点距虚轴远远大于该（对）极点，周围又无零点的极点称为闭环主导极点。
2. 劳斯——赫尔维茨稳定判据：系统稳定的充要条件是劳斯表中的第一列为正。劳斯表中第一列正负号改变的次数是特征方程正实部根的数目。

四、根轨迹法

1. 根轨迹：指开环系统某一参数从零变到无穷时，闭环系统特征方程式的根在s平面上变化的轨迹。
2. 系统性能的分析

（1）稳定性：如果闭环极点全部位于s左半平面，则系统一定是稳定的；
（2）运动形式：如果闭环系统无零点，且闭环极点均为实数极点，则时间响应一定是单调的；如果闭环极点均为复数极点，则时间响应一般是振荡的。
（3）超调量：主要取决于闭环复数主导极点的衰减率，并与其他闭环零、极点接近坐标原点的程度相关。
（4）实数零、极点的影响：零点减小系统阻尼，使峰值时间提前，超调量增大；极点增大系统阻尼，使峰值时间滞后，超调量减小。

五、频域分析

1. 奈奎斯特稳定判据：反馈控制系统稳定的充分必要条件是，反馈控制系统在s右半平面上的闭环极点个数为Z=P-2N，其中，P为s右半平面上系统的开环极点数，N为开环幅相曲线逆时针包围（-1，j0）点的圈数。

当系统开环稳定，则闭环稳定的充要条件是开环幅相曲线不包围（-1，j0）点；
当系统开环不稳定（在s右半平面有P个开环极点），则系统闭环稳定的充要条件是开环幅相曲线逆时针方向包围（-1，j0）点P/2次。

六、线性系统的校正

1. 校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。
2. 常用的串联校正有超前校正、滞后校正和滞后超前校正。
3. 基本控制规律

（1）比例P控制规律特点：只变赋值，不变相位，一般不单独使用；
（2）比例-微分PD控制特点：PD控制能反应输入信号的变化趋势，产生早期的有效修正信号，增加阻尼程度，改善稳定性；
（3）积分I控制特点：有利于稳态性能的提高，相当于在原点处加了一个开环极点，引入90°相位滞后，对系统稳定性不利，一般也不单独使用；
（4）比例-微分PI控制特点：用于串联校正时，在原点处加了一个开环极点，同时在-1/Ti处加一个开环零点，这样可以提高系统的型次，改善稳态性能。

4. 无源校正

（1）无源超前网络特点：通过相角超前特性提高系统的相角裕度（r）和截止频率（wc），从而减小超调量o%和调节时间ts，改善动态性能；
（2）无源滞后网络特点：采用滞后网络校正，主要是利用其幅值衰减特性，以降低系统的开环截至频率，提高相角裕度。
（3）无源滞后-超前网络：相当于带阻滤波器，使一定频段内的信号有所衰减。

5. 无源网络的缺点：负载效应问题，为克服这一问题，有时要放大增益，就有必要引入有源校正，主要用运放作为主要器件。
6. 串联校正

（1）串联超前校正：利用超前环节的相位超前特性，使交接频率1/（aT）和1/T位于穿越频率的两旁，用fm补偿系统的相位裕量。
（2）串联滞后校正：利用滞后网络的较高频率幅值衰减特性，使已校正的系统截止频率下降，从而使得系统获得足够的相角裕度。
（3）串联滞后-超前校正：利用超前部分增加系统的相角裕度，利用滞后部分改善稳态性能。