控制工程基础点题班复习资料
本复习资料以参考书为单位，按照章节、知识点，进行内容的安排。参考书目为杨振中和张和平主编的《控制工程基础》第七版或者王积伟，吴振顺主编的《控制工程基础》（以下以王积伟版为推荐参考教材）。重点章节包括第二章﹑第三章﹑第四章﹑第五章。对这些章节课后的习题要重点做，以防止考到课后的习题 《控制工程基础》
本书总计包括8个章节，占考试总分的100%，其中重点章节是第一章、第二章、第三章﹑第四章﹑第五章。对于非重点章节，也要略作了解。 第一章 控制系统的基本概念 1.1本章知识点
本章节包括3个知识点，控制系统的工作原理及组成、控制系统的基本类型、控制系统的基本要求、，这3个知识点都是考研复习的重点。 1.2本章重难点总结
【知识点1】控制系统的工作原理及其组成
自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（通称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
如：数控机床、室内温度控制、机车、船舶及飞机自动驾驶、导弹制导等。 工作原理
人工控制恒温箱调节过程：
（1）观测恒温箱内的温度（被控制量）
（2）与要求的温度（给定值）进行比较，得到温度偏差的大小和方向
（3）根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回复到要求值。 人工控制过程的实质：检测偏差再纠正偏差
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期望 温度 大脑 手 调压器 恒温箱 实际 温度
眼睛 温度计 人工控制恒温箱系统功能框图
恒温箱自动控制系统
恒温箱自动控制系统工作原理:(1)恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2
(2)恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得到温度偏差信号?u＝u1? u2
(3) 温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触 头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为 止，此时，偏差?u＝0，电机停止转动。 综上所述，控制系统的工作原理：（1）检测输出量（被控制量）的实际值 （2）将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差； （3）用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得 输出量维持期望的输出。 由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，故称之为反馈控制。 显然：反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式是“检测偏差再纠正偏差”。 【知识点2】控制系统的分类
实际的控制系统根据有无反馈作用可分为三类： （1） 开环控制系统 （2） 闭环控制系统 （3） 半闭环控制系统
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开环控制系统：
系统仅受输入量和扰动量控制；输出端和输入端之间不存在反馈回路；输出量在整个控制过程中对系统的控制不产生任何影响。
优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。
缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力
闭环控制系统：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。 闭环的作用：应用反馈，减少偏差。
优点：精度高，对外部扰动和系统参数变化不敏感
缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。
半闭环控制系统：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。 给定元件 产生给定信号或输入信号 反馈元件 测量被控制量（输出量），产生反馈信号。为便于传输，反馈信号通常为电信号。
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*注意：在机械、液压、气动、机电等系统中存在着内在反馈，这种反馈无须专门的反馈元件，是系统内部各参数相互作用产生的，如作用力与反作用力之间形成的直接反馈。 比较元件 对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号；
放大元件 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱动执行元件实现控制功能。 执行元件 直接对受控对象进行操纵的元件；如电动机、液压马达等； 校正元件 用以改善系统控制质量的装置。 校正元件分为串联和并联两种。
控制系统中比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等共同起控制作用，统称为控制器。
实际的控制系统中，扰动总是不可避免的，扰动分为内部扰动和外部扰动，但在控制系统中，扰动集中表现在控制量与被控量的偏差上，因此，可以将控制系统的扰动等效为对控制对象的干扰。 1.3本章典型题库
【题目1】仓库大门自动控制系统原理如图所示，试说明其工作原理并绘制系统框图。
【题目2】分析图示两个液位自动控制系统工作原理并绘制系统功能框图
【题目3】分析图示钢板厚度控制系统工作原理并绘制系统功能框图
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第二章 数学模型 2.1本章知识点
本章节包括4个知识点，控制系统的微分方程、拉氏变换、传递函数、系统方框图，这4个知识点都是考研复习的重点。 2.2本章重难点总结
【知识点1】数学模型概念，微分方程
控制系统的微分方程依据：反映系统内在运动规律的物理学定律和各专业理论 控制系统的微分方程步骤：
（1）明确输入、输出；分析信号传递、变换过程；
（2）从输入端开始，按信息传递、变换过程列写各变量之间的数学关系式；注意：因果关系和负载效应；
（3）如有必要，对非线性表达式进行线性化处理；消去中间变量，得到输出——输入关系式； （4）整理成规范形式。
【知识点2】传递函数的定义、拉氏变换
传递函数的定义：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。 零初始条件：
（1）t<0时，输入量及其各阶导数均为0；
（2）输入量施加于系统之前，系统处于稳定的工 作状态，即t < 0 时，输出量及其各阶导数也 均为0；
传递函数的性质：传递函数一般只能描述线性定常系统动态特性。分布决定了系统的动态过程。 传递函数是系统在复数域中的数学模型，它与微分方程有相通性。分子多项式系数及分母多项式系数，分别与相应微分方程的右端及左端微分算符多项式系数相对应。
传递函数是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式，它只取决于系统或元件的结构和参数，与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息。
传递函数是复变量s的有理真分式函数，具有复变函数的所有性质。所有系数均为实数。 传递函数不表明系统的物理属性。相似系统具有相同形式的传递函数. 传递函数的量纲取决于系统输入与输出的量纲。
拉氏变换：设函数f(t) (t?0)在任一有限区间上分段连续，且存在一正实常数?，使得：
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