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中南大学2018年全国硕士研究生入学考试 《自动控制原理》(J交通运输工程学院)考试大纲

发布时间:2017-10-09    作者:    来源:研究生培养    浏览次数:1438


中南大学2018年全国硕士研究生入学考试

《自动控制原理》(J)考试大纲

 

 

本考试大纲由交通运输工程学院教授委员会于2017年7月10日通过。

 

I.考试性质

自动控制原理考试是为测试所招收硕士研究生掌握自动控制原理的基本概念、基本理论、分析计算方法的水平的考试,其目的是科学、公平、有效地测试学生大学本科阶段所掌握自动控制系统的基本知识与基本理论,对于自动控制系统分析与综合设计的方法理解与掌握,并使用这些基本的原理与理论去分析问题、解决问题的能力,评价的标准是高等学校本科毕业生能达到的及格或及格以上水平,以保证被录取者具有基本的自动控制原理专业基础,满足从事交通信息及控制领域研究的要求,并有利于学校在专业上进行择优选拔。

 

II.考查目标

本科目的考试内容涵盖自动控制原理的基本概念和原理,经典控制理论中控制系统的基本概念、数学模型和分析方法;使用时域分析、根轨迹分析法和频率响应分析法综合连续线性定常控制系统;使用描述函数、相平面图分析非线性控制系统;离散系统的数学模型和分析方法;现代控制理论状态空间的基本概念和分析方法。要求考生:

1)熟悉自动控制的基本方式、反馈控制原理、自动控制系统的基本类型、自动控制系统的基本要求以及自动控制理论的专业术语。

2)能够熟练运用微分方程和传递函数建立控制系统的数学模型;能够熟练绘制控制系统的方框图并利用等效变换规则对方框图进行简化;能够熟练绘制控制系统的信号流图并利用梅森增益公式计算控制系统的闭环传递函数。

3)熟悉系统时间响应的性能指标;熟练掌握一阶系统、二阶系统和高阶系统的时域分析方法;掌握改善二阶系统性能的基本措施;能够熟练运用劳斯稳定判据、赫尔维茨稳定判据分析线性系统的稳定性;熟练掌握线性系统稳态误差的分析与计算方法以及减小或消除稳态误差的基本措施。

4)熟悉根轨迹法的基本概念、根轨迹的基本特性和绘制规则;能够正确运用规则根据系统的开环传递函数绘制闭环系统的根轨迹,并据此分析系统的动态和稳态性能;了解引入开环零点、开环极点对根轨迹及系统性能的影响。

5)熟悉频率特性的基本概念;熟练掌握开环系统频率特性曲线的绘制方法(奈奎斯特图,伯德图),熟悉尼科尔斯图的应用方法;熟练掌握典型的最小相位环节和非最小相位环节频率特性的基本特点;能够熟练运用奈奎斯特稳定判据分析线性系统的稳定性;掌握相角裕度和幅值裕度的概念和计算方法;熟悉闭环系统的频域性能指标(特别是系统带宽),能够熟练运用开环频率特性分析闭环系统的动态和稳态性能。

6)熟练掌握控制系统经典的校正方法,包括串联校正、反馈校正和复合校正,熟悉PID控制器设计方法;熟悉频域性能指标与时域性能指标之间的关系;掌握开环系统期望频率特性的设计原则;能够熟练运用频率响应法对系统进行串联校正、反馈校正和复合校正。

7)熟悉线性离散系统的基本概念;熟练掌握香农采样定理、Z变换理论以及基于差分方程和脉冲传递函数的线性离散系统的数学建模方法;熟练掌握线性离散系统的稳定性分析方法和稳态误差计算方法;掌握离散系统的动态性能分析方法,了解闭环极点分布与系统动态响应之间的关系。

8)熟悉非线性控制系统的特点,了解常见非线性特性及其对系统运动的影响;能够熟练运用描述函数法分析非线性系统的稳定性和自激振荡(极限环);能够运用相平面法分析非线性一阶和二阶系统的稳定性、平衡状态、稳态精度以及初始条件和参数对系统运动的影响。

9)掌握用状态空间法分析基本方法,正确理解系统的状态空间描述,掌握从状态空间描述导出传递函数矩阵;掌握线性定常连续时间系统在坐标变换下的特性及其状态转移矩阵;了解线性定常连续时间系统的能控性判据和能观测性判据,及其极点配置问题,掌握线性定常连续时间系统的状态观测器设计方法。

 

Ⅲ.考试形式和试卷结构

1. 试卷满分及考试时间

本试卷满分为150分,考试时间为180分钟

2. 答题方式

答题方式为闭卷,笔试。

3. 试卷内容结构

自动控制的一般概念                          10 %

线性系统的时域分析法                        15 %

线性系统的根轨迹法                          15 %

线性系统的频域分析法                        15 %

线性系统的校正方法                          10 %

线性离散系统的分析与校正方法                15 %

非线性控制系统的分析方法                    15 %

状态空间法分析基本方法                       5 %

 

Ⅳ.试卷题型结构

名词解释题           30分

简答               35分

图解题                   35分

分析题                  50分

 

.考查内容

(一) 自动控制的一般概念

1.自动控制和自动控制系统的基本概念,负反馈控制的原理。

2.控制系统的组成与分类。

3.根据实际系统的工作原理画控制系统的方块图。

 

(二) 控制系统的数学模型

1. 控制系统数学模型的概念及种类。

2.控制系统微分方程的建立,拉氏变换求解微分方程。

3.传递函数的概念、定义和微分方程的关系。

4.控制系统的结构图,结构图的等效变换。

5.控制系统的信号流图,结构图与信号流图间的关系,由梅逊公式求系统的传递函数。

6. 系统微分方程建立系统结构图的方法。

7. 应用方块图简化与信号流图等获得系统总的传递函数。

 

(三) 线性系统的时域分析法

1.稳定性的概念,系统稳定的充要条件,Routh稳定判据。

2.稳态性能分析

3.动态性能分析法

1) 一阶系统特征参数与动态性能指标间的关系。

2) 典型二阶系统的特征参数与性能指标的关系。

3) 附加闭环零极点对系统动态性能的影响。

4) 主导极点的概念,用此概念分析高阶系统。

 

(四) 线性系统的根轨迹法

1.根轨迹、根轨迹方程的有关概念。

2.绘制根轨迹基本方法。

3.广义根轨迹和零度根轨迹概念以及判别方法,并绘制其根轨迹。

4.等效开环传递函数的概念,参数根轨迹的定义。

5.应用根轨迹方法分析系统性能。

 

(五)线性系统的频域分析法

1. 频率特性的定义,幅频特性与相频特性。

2.用频率特性的概念分析系统的稳态响应。

3.频率特性的几何表示方法。

(1)典型环节及开环系统幅相频率特性曲线。

(2)典型环节及开环系统对数频率特性曲线(Bode 图)。

(3)由对数幅频特性求最小相位系统的开环传递函数。

(4)描述频率特性的对数幅相曲线(尼柯尔斯曲线)。

4.Nquisty 稳定性判据原理,并运用此判据判断系统的稳定性。

5.稳定裕量的概念和定义,稳定裕量的计算方法。

6.闭环频率特性的有关指标及近似估算。

7.频域指标与时域指标的关系。

 

(六)系统校正方法

1.校正的基本概念,校正的方式,常用校正装置的特性。

2.根据性能指标的要求,设计校正装置,用频率法确定串联超前校正、迟后校正和迟后-超前校正装置参数。

3.了解反馈校正和复合校正的基本思路与方法。

 

(七)离散系统的分析与校正方法

1.离散系统的基本概念,脉冲传递函数及其特性,信号采样与恢复。

2.离散系统的数学描述,差分方程与脉冲传递函数

3.离散系统的性能、和稳态误差分析。

1)稳定性分析。

2)连续系统稳态性能分析方法在离散系统中的应用。

3)动态性能分析。包括:离散系统时间响应,采样器和保持器对动态性能的影响,闭环极点与动态性能之间的关系。

(八)非线性控制系统分析方法

1.非线性系统的特征,非线性系统与线性系统的区别与联系。

2.相平面作图法、奇点的确定,用极限环分析系统的稳定性和自振。

3.描述函数及其性质,用描述函数分析系统的稳定性、自振及有关参数。

 

(九)状态空间法分析基本方法

1. 系统的状态空间描述方法,如何从状态空间描述导出传递函数矩阵。

2. 线性定常连续时间系统的坐标变换特性及其状态转移矩阵。

3. 线性定常连续时间系统的状态观测器设计方法。



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