2021長安大學812自動控制理論研究生考試大綱 正文

812《自動控制理論》考試內(nèi)容范圍
 
一、說明
主要內(nèi)容包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩部分，試題的比例為：經(jīng)典控制理論部分占比70%，現(xiàn)代控制理論部分占比30%。
主要參考書：
自動控制理論（第4版），夏德鈐，翁貽方，北京：機械工業(yè)出版社，2013
現(xiàn)代控制理論，閆茂德，高昂，胡延蘇，北京：機械工業(yè)出版社，2016
現(xiàn)代控制理論（第3版），劉豹，唐萬生，北京：機械工業(yè)出版社，2011
二、考試內(nèi)容
經(jīng)典控制理論部分的基本內(nèi)容和要求：
1、引論
理解開環(huán)控制和閉環(huán)控制的區(qū)別，了解反饋控制理論的研究對象和方法。掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念、術(shù)語，了解自動控制系統(tǒng)的組成和分類，及對自動控制系統(tǒng)穩(wěn)、準、快三方面的基本要求。
2、線性系統(tǒng)的數(shù)學模型
一般了解數(shù)學模型的概念、表達方式，建模的方法；能夠列寫一般物理系統(tǒng)的微分方程；熟悉拉氏變換的定義、性質(zhì)，記住常見的簡單時間函數(shù)的拉氏變換式，能根據(jù)拉氏變換的性質(zhì)求解較復雜時間函數(shù)的拉氏變換式，會求拉氏反變換；
理解傳遞函數(shù)的概念及典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。重點掌握控制系統(tǒng)的方框圖及方框圖的化簡方法，能用梅遜公式求取系統(tǒng)傳遞函數(shù)。
3、線性系統(tǒng)的時域分析
了解控制系統(tǒng)的典型輸入信號；了解線性定常系統(tǒng)的時域響應組成，熟悉控制系統(tǒng)暫態(tài)響應性能指標的定義；熟悉一階系統(tǒng)的暫態(tài)響應及性能指標；熟悉二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應分析及其與極點之間的關(guān)系，重點掌握二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應指標與參量ζ、ωn間的關(guān)系及計算；一般了解高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應和閉環(huán)主導極點的概念；了解穩(wěn)定性的概念，掌握線性定常連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件；重點掌握判斷穩(wěn)定性的Routh代數(shù)判據(jù)及應用，對Hurwitz判據(jù)有一般了解；了解穩(wěn)態(tài)誤差的概念；重點掌握給定穩(wěn)態(tài)誤差終值的計算及減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法。
4、線性系統(tǒng)的根軌跡分析
了解根軌跡的概念。重點掌握繪制常規(guī)負反饋系統(tǒng)根軌跡的基本條件和基本規(guī)則，能根據(jù)已知的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)繪制閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡，也能由已知的閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡（起點和終點）寫出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，一般了解參量根軌跡的繪制及增加開環(huán)零極點對根軌跡的影響。
5、線性系統(tǒng)的頻域分析
掌握頻率特性的基本概念，幅相頻率特性圖與對數(shù)頻率特性圖的建立；熟悉典型環(huán)節(jié)的頻率特性及其Nyquist圖與Bode圖；掌握系統(tǒng)開環(huán)頻率特性（Nyquist圖和Bode圖）的繪制；重點掌握乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)（包括利用開環(huán)幅相頻率特性曲線和開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線進行判斷）；了解最小相位系統(tǒng)的概念；重點掌握利用實測開環(huán)對數(shù)幅頻特性確定最小相位系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的方法；熟悉控制系統(tǒng)相角裕度、幅值裕度的基本定義和概念及計算方法；了解閉環(huán)幅頻特性的概念及其頻域性能指標。一般了解頻域指標與時域指標間的關(guān)系。
6、線性系統(tǒng)的校正
了解控制系統(tǒng)校正的概念、校正的實質(zhì)、校正的方法、校正方式、校正裝置的形式；熟悉串聯(lián)相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正裝置及特性；一般了解利用根軌跡法、頻率特性法確定串聯(lián)校正裝置（主要為超前校正裝置）參數(shù)的方法；簡單了解反饋校正、前饋校正及復合控制的基本思想。
7、非線性系統(tǒng)的分析
掌握非線性系統(tǒng)的基本概念：非線性的數(shù)學描述、分類、特點、研究方法。了解描述函數(shù)的概念、幾種典型非線性特性的描述函數(shù)；掌握用描述函數(shù)分析非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，能夠判別自激振蕩存在的條件，并進行簡單計算；了解相平面的基本概念：相平面、相軌跡，平衡點、奇點、極限環(huán)；了解相軌跡曲線和時域響應之間的對應關(guān)系。
8、采樣控制系統(tǒng)
了解采樣控制系統(tǒng)的基本概念、采樣過程，熟悉采樣定理的內(nèi)容和零階保持器的概念及傳遞函數(shù)；熟悉Z變換和Z反變換的計算方法；掌握求解采樣控制系統(tǒng)數(shù)學模型：差分方程及Z脈沖傳遞函數(shù)的方法；掌握采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（利用雙線性變換及勞斯判據(jù)）和穩(wěn)態(tài)誤差分析，簡單了解其暫態(tài)性能分析；重點掌握采樣控制系統(tǒng)的最小拍設(shè)計方法。
現(xiàn)代控制理論部分的基本內(nèi)容和要求：
1、控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式
了解狀態(tài)變量、狀態(tài)方程、輸出方程的意義；掌握由狀態(tài)模型求傳遞函數(shù)矩陣的方法；重點掌握由傳遞函數(shù)（矩陣）到狀態(tài)模型的實現(xiàn)問題。
2、控制系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的解
了解離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的實現(xiàn)及求解方法；掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的概念、矩陣指數(shù)的性質(zhì)和求取方法；重點掌握線性定常系統(tǒng)齊次和非齊次狀態(tài)方程的求解；線性時變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解和線性時變離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的解不作過多要求。
3、線性控制系統(tǒng)的能控性和能觀性
深刻理解能控性、能觀性的含義；了解離散系統(tǒng)能控性、能觀性的判別，熟悉能控性與能觀性的對偶關(guān)系；掌握將狀態(tài)方程化為能控標準型、能觀標準型和約當標準型的方法；重點掌握線性連續(xù)定常系統(tǒng)各種能控性與能觀性判別準則及能控性、能觀性與傳遞函數(shù)零極點對消的關(guān)系；線性定常系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解不作過多要求。
4、穩(wěn)定性與李雅普諾夫方法
了解李亞普諾夫意義下穩(wěn)定性、漸近穩(wěn)定等定義;了解李亞普諾夫第一方法的實質(zhì)；掌握李亞普諾夫第二方法及能量函數(shù)的基本概念；重點掌握李亞普諾夫第二方法的穩(wěn)定性判別應用。
5、線性定常系統(tǒng)的綜合
理解有關(guān)狀態(tài)反饋、輸出反饋的含義；了解系統(tǒng)鎮(zhèn)定問題及帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)設(shè)計問題；掌握狀態(tài)觀測器概念、存在條件以及狀態(tài)（降維）觀測器的實現(xiàn)；重點掌握狀態(tài)反饋任意極點配置的條件以及利用極點配置實現(xiàn)狀態(tài)反饋的設(shè)計問題。

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