《自动控制原理习题解析》是由著名控制理论专家胡寿松教授编著的一本经典教材配套习题集，对于学习自动控制原理的学生来说，是一份非常宝贵的参考资料。这本书旨在帮助读者深入理解和掌握自动控制系统的理论基础，通过大量习题的解答，提升分析和解决问题的能力。 自动控制原理是自动化、电子信息、航空航天等多个工程领域的基础课程，它主要研究如何使系统在外界干扰下保持稳定并达到预期的控制效果。该书涵盖了自控理论的主要内容，包括： 1. 控制系统的数学模型：讲述如何用微分方程、传递函数和状态空间模型来描述系统的动态行为，这是分析和设计控制系统的基础。 2. 稳定性分析：通过劳斯稳定性判据、根轨迹法、奈奎斯特稳定判据等方法，判断系统是否稳定以及稳定程度。 3. 系统性能指标：如稳态误差、上升时间、超调量等，这些指标用于评估系统响应的质量。 4. 控制系统的校正：通过串联校正、反馈校正、预估控制等方式改善系统性能，达到指定的设计要求。 5. PID控制器：作为最广泛应用的控制器类型，书中详细介绍了其工作原理、参数整定方法以及优化策略。 6. 离散时间控制系统：介绍采样理论和Z变换，讨论数字控制器的设计和离散系统的分析。 7. 非线性控制系统：探讨非线性特性对系统性能的影响以及非线性控制策略，如反馈线性化、滑模控制等。 8. 最优控制与自适应控制：涉及最优控制问题的拉格朗日方法、动态规划，以及自适应控制的基本原理和算法。 9. 现代控制理论：介绍李雅普诺夫稳定性理论、状态观测器、李代数和卡尔曼滤波等高级主题。 胡寿松教授的习题解析部分，通常会提供详尽的解题思路和步骤，帮助学生理解和应用所学概念，解决实际问题。同时，书中可能还包含了一些历年考研或竞赛的真题，这对于备考者来说极具价值。 通过《自动控制原理习题解析》的学习，读者不仅能够巩固课堂知识，还能提升解决实际工程问题的能力。无论你是初次接触自动控制原理，还是在准备相关考试，这本书都能成为你得力的助手。配合光盘中的资源，例如模拟试题、答案解析等，学习效果将更加显著。

拉普拉斯变换的课程，属于比较概括性比较简明的、适合短时间，学过的同学们进行复习和了解、

自动控制原理是研究如何使系统在各种扰动和环境变化下达到和维持某一特定工作状态的科学。本篇文档针对自动控制原理第2版的习题全解及MATLAB实验，详细解析了第1章和第2章的习题内容，涵盖了控制系统的基本概念、组成、工作原理和常用术语，以及开环控制系统与闭环控制系统的比较，负反馈作用，闭环系统特征，控制系统职能方框图的绘制方法，以及自动控制系统的基本要求等关键知识点。 开环控制系统与闭环控制系统是自动控制系统中最基本的两种类型。开环控制系统结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本较低，适合在输入量与输出量关系固定，扰动因素不大或可预测并补偿的情况下采用。然而，开环系统对元器件的精度要求较高，且当受到系统外部扰动或内部元件参数变化时，系统不能自动进行补偿，抗干扰性能差。闭环控制系统，又称为反馈控制系统，具有抑制扰动能力强，对参数变化不敏感的优点，可以实现较高的控制精度和动态性能。闭环系统的引入增加了系统的复杂性，参数选取不当可能导致系统振荡甚至失稳，是自动控制理论和系统设计需要特别注意的问题。 自动控制系统通常由多个环节组成，包括给定元件、测量反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件以及被控对象。给定元件提供期望的控制输入信号；测量反馈元件测量被控量并产生相应信号反馈；比较元件比较控制量与反馈量产生偏差信号；放大元件对偏差信号进行放大；执行元件操纵被控对象；校正元件用于改善系统性能；被控对象是控制系统所要控制的目标。各个环节在控制系统中扮演不同的角色，协同工作以实现系统的控制目标。 控制系统的基本要求包括稳定性、控制精度和动态性能。系统稳定性要求系统能够保持在某一工作状态或在受到扰动后能够返回到稳定状态。控制精度要求系统在稳定状态下，输出与期望值的偏差尽可能小，即稳态误差要小。动态性能则要求系统对输入变化的响应过程平稳且迅速，能够快速达到新的稳定状态。 通过本篇文档的详细解析，可以深入理解自动控制系统的基本概念和工作原理，掌握开环和闭环控制系统的特征与区别，以及如何绘制控制系统职能方框图等关键内容。这对于学习和应用自动控制原理具有重要的指导作用。

西北工业大学-2023年硕士研究生入学考试试题821自动控制原理，西工大，考研专业课，自动控制原理，2023年考研试题，其他往年试题可在主页找到

西北工业大学-2024年硕士研究生入学考试试题821自动控制原理，西工大，考研专业课，自动控制原理，2024年考研试题，其他往年试题可在主页找到

### 自动控制原理课后答案知识点解析 #### 一、自动控制原理概述 **自动控制原理**是一门研究如何设计和分析控制系统以实现自动化过程的学科。它主要涉及开环控制和闭环控制两种基本类型。 - **开环控制系统**：这类系统的特点是没有反馈环节，即输出不会对系统的控制作用产生直接影响。例如，简单的定时器就是一个开环控制系统。 - **闭环控制系统**：与开环系统不同，闭环控制系统具有反馈机制，能够根据输出的变化调整输入信号，从而达到稳定输出的目的。典型的例子如恒温器。 #### 二、开环控制系统与闭环控制系统实例 **题目**: 试举几个开环控制系统与闭环控制系统的例子，画出它们的框图，并说明它们的工作原理。 - **开环控制系统实例**： - **原始的蒸汽机速度控制系统**：通过设定一定的蒸汽压力来控制活塞的运动速度，而这个压力不会根据实际速度的变化进行调整。 - **烧开水的例子**：设定电热水壶的加热时间，而不考虑水是否真的沸腾了。 **框图**（简述）：输入信号直接经过控制器到达执行机构，最终影响被控对象，没有反馈路径。 - **闭环控制系统实例**： - **直流电动机自动调速系统**：通过检测电机的实际转速，并将其与目标转速比较，然后调整电机的驱动电压来调节转速。 **框图**（简述）：包含反馈路径，可以将实际输出与期望值进行比较，并根据偏差调整控制器输出。 #### 三、电动机速度控制系统的实现 **题目**: 根据图题1.2所示的电动机速度控制系统工作原理图，将a，b与c，d用线连接成负反馈系统；画出系统方框图。 - **连接方式**：a与d连接，b与c连接。 - **系统方框图**（简述）：包括输入信号、比较器、控制器、执行机构（电动机）、被控对象（负载）以及反馈路径。 #### 四、液位自动控制系统 **题目**: 图题1.3所示为液位自动控制系统原理示意图，在任何情况下，希望液面高度c维持不变，说明系统工作原理并画出系统方框图。 - **工作原理**：当液位下降时，浮子带动电位器触头向上，导致电动机电枢两端出现正电压，进而使电动机正向运转，通过减速器增加控制阀的开度，从而增加进水量，使液面上升。反之亦然。 - **系统方框图**（简述）：包括输入信号（期望液位）、比较器、控制器（放大器）、执行机构（电动机）、被控对象（储水容器）及反馈路径（浮子检测液位）。 #### 五、微分方程的线性特性分析 **题目**: 下列各式是描述系统的微分方程，判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统？ 1. \(\frac{d^3c}{dt^3} + 6\frac{d^2c}{dt^2} + 8\frac{dc}{dt} = r(t)\) 2. \(r(t) + 3\frac{dr(t)}{dt} = c(t) + \frac{dc(t)}{dt}\) 3. \(kr(t) + ac(t) = \frac{dc(t)}{dt}\) - **解析**： - 第一个方程是线性定常系统。 - 第二个方程是线性时变系统，因为系数中含有输入变量\(r(t)\)。 - 第三个方程是非线性系统，因为它包含了输入变量\(r(t)\)与输出变量\(c(t)\)的乘积项。 #### 六、RLC电路微分方程的建立 **题目**: 列写图题2.1所示RLC电路的微分方程。 - **解析**：对于RLC电路，可以列出如下微分方程： \(\frac{d^2u_o}{dt^2} + \frac{R}{L}\frac{du_o}{dt} + \frac{1}{LC}u_o = \frac{1}{L}u_i\) 通过以上分析，我们可以看出自动控制原理不仅涉及理论知识的学习，还需要结合具体的工程实践来加深理解。通过对典型问题的研究，可以帮助学生更好地掌握这门学科的核心概念和技术方法。

只描述系统输入与输出的关系,不涉及系统内部的状态变量 2）无法表示时变系统，非线性系统和非零初始条件下的线性定常系统 3）不可能获得某种意义下的最优性能

对经典控制理论进行了总结，并对现代控制理论的方法和稳定性判定等进行了详细的讲解

### 自动控制原理滞后系统的校正 #### 一、设计目的与意义 在《自动控制原理》课程设计中，通过“自动控制原理滞后系统的校正”这一课题的学习，旨在达到以下目的： 1. **理解控制系统的整体设计流程**：熟悉控制系统设计的一般方法和步骤，了解如何将理论知识应用于实际系统的设计之中。 2. **掌握系统分析方法**：学习如何对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析，确保设计出的系统能够稳定运行并在各种工况下保持良好的性能。 3. **MATLAB工具的应用**：通过MATLAB这一强大的数学计算软件，加深对控制理论内容的理解，学会利用MATLAB进行系统的建模、仿真与优化。 4. **问题解决能力的提升**：培养独立思考和解决问题的能力，在遇到复杂问题时能够灵活运用所学知识和技术手段进行解决。 #### 二、设计内容与要求详解 本课程设计主要包括以下几个方面： 1. **资料阅读**：通过查阅相关书籍和文献，获取滞后系统的校正原理及其应用背景，为后续的设计工作打下坚实的理论基础。 2. **系统分析**：对给定的单位负反馈系统进行深入分析，包括稳定性、稳态误差以及动态特性等方面，确保所设计的系统能够在实际应用中达到预期的效果。 3. **图形绘制**：使用MATLAB绘制根轨迹图、Bode图、Nyquist图等图形，直观展示系统校正前后的变化情况，为后续的系统优化提供依据。 4. **系统校正**：针对特定的工作要求，设计并实现校正系统，通过调整系统的参数来满足给定的性能指标要求。 #### 三、具体步骤与方法 1. **自学MATLAB基础知识**：学生需要掌握MATLAB的基本操作命令，包括控制系统工具箱的使用方法等，并通过实践操作进一步巩固这些技能。 2. **频率法校正设计**：利用MATLAB的频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频域性能指标。在此过程中，需要计算出校正装置的传递函数以及相关的参数值。 3. **系统稳定性分析**：利用MATLAB求解校正前后系统的特征根，并判断系统的稳定性。此外，还需要绘制系统的根轨迹图、Nyquist图等，以直观地观察系统的稳定性。 4. **动态性能指标分析**：通过绘制单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线等图形，分析系统的动态性能指标如超调量、调节时间等，并比较校正前后的变化情况。 5. **性能优化**：根据以上分析结果，对系统进行进一步的优化调整，确保系统能够满足具体的性能指标要求。 6. **设计报告撰写**：整理设计过程中的所有资料，撰写一份完整的设计报告，并准备参加课程设计答辩。 #### 四、设计参考资料 为了更好地完成本次课程设计任务，推荐参考以下几本书籍： 1. **《自动控制原理》**，程鹏主编，机械工业出版社； 2. **《机电控制工程》**，王积伟主编，机械工业出版社； 3. **《自动控制理论与设计》**，徐薇莉等主编，上海交通大学出版社； 4. **《MATLAB控制系统设计》**，欧阳黎明主编，国防工业出版社。 通过参考这些书籍，可以更加深入地理解和掌握自动控制原理及其应用，从而更好地完成此次课程设计任务。

自动控制系统分析与设计是应用数学与工程学科结合的领域，主要研究系统如何按照既定的规则自动运行。MATLAB作为一种高效的数值计算和图形可视化软件，广泛应用于自动控制原理的教学和研究中，提供了强大的仿真和分析工具。从提供的部分报告内容中，我们可以得知学生通过MATLAB仿真分析了线性系统的时域性能，并对系统在不同条件下的动态性能进行了比较。 报告通过对线性系统单位反馈系统的开环传递函数进行分析，考察了系统在单位阶跃输入下的动态性能。学生具体研究了忽略闭环零点和不忽略闭环零点时的系统响应，并比较了这两种情况下的峰值时间、调节时间、上升时间以及超调量。结果表明，忽略闭环零点会使得系统的峰值时间、调节时间以及上升时间增大，而超调量减小。这说明系统稳定性得到了改善，但动态性能有所降低，这对于设计者来说需要权衡考虑，以达到设计要求。 此外，报告还分析了测速反馈校正系统和比例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。仿真结果表明，不同的校正方式会以不同的方式影响系统的性能参数。这些仿真分析对于理解系统内部特性和外部行为非常有帮助，同时也有助于指导实际控制系统的设计。 从报告内容来看，自动控制原理的研究和设计不仅涉及到理论计算，还需要借助仿真软件来进行实际的系统性能预测。MATLAB作为其中一种工具，其在自动控制系统分析与设计中的应用不可或缺。通过对控制系统的仿真分析，可以预知系统在实际应用中的表现，进而对控制策略和系统参数进行调整优化，以满足特定的设计需求。 现代自动控制理论中，MATLAB所具备的仿真工具箱为工程师和研究人员提供了实现复杂控制算法和系统模型仿真的能力。仿真实验是理解控制理论和验证控制策略的有效方法，不仅可以节省开发成本，还能大幅度降低试验风险。在控制系统的分析、设计和优化过程中，MATLAB的仿真功能可以快速得到系统的动态响应和性能指标，帮助研究者深入理解系统的内在机制和外在行为。 自动控制系统分析与设计是理论与实践相结合的科学，MATLAB仿真工具在其中扮演了至关重要的角色，它提供了一个强大的平台，帮助研究人员进行复杂系统的建模、仿真和分析，是现代控制理论教学和研究中不可或缺的工具。通过MATLAB软件的深入学习和应用，不仅可以加深对自动控制原理的理解，还可以提升系统设计和优化的效率。