自动控制原理　全套课件.PPT

《自动控制原理》国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所 第1章 自动控制的基本概念 1.0 自动控制发展简史 1.1 自动控制系统 1.2 自动控制系统的类型 1.3 对自动控制系统性能的基本要求 1.4 本课程的主要内容及其相互间的关系 第1章 自动控制的基本概念 1.0 自动控制发展简史 1.1 自动控制系统 1.2 自动控制系统的类型 1.3 对自动控制系统性能的基本要求 1.4 本课程的主要内容及其相互间的关系 1.1 自动控制系统 自动控制是在没有人参与的情况下，系统的控制器自动地按照人预定的要求控制设备或过程，使之具有一定的状态和性能。 具有自动控制功能的系统称为自动控制系统。 第1章 自动控制的基本概念 1.0 自动控制发展简史 1.1 自动控制系统 1.2 自动控制系统的类型 1.3 对自动控制系统性能的基本要求 1.4 本课程的主要内容及其相互间的关系 1.2 自动控制系统的类型 第1章 自动控制的基本概念 1.0 自动控制发展简史 1.1 自动控制系统 1.2 自动控制系统的类型 1.3 对自动控制系统性能的基本要求 1.4 本课程的主要内容及其相互间的关系 第1章 自动控制的基本概念 1.0 自动控制发展简史 1.1 自动控制系统 1.2 自动控制系统的类型 1.3 对自动控制系统性能的基本要求 1.4 本课程的主要内容及其相互关系 本章的主要内容 3.1 稳定性分析 3.2 暂态性能分析 3.3 稳定性能分析 3.4 MATLAB辅助分析控制系统时域性能 本章的主要内容 3.1 稳定性分析 3.2 暂态性能分析 3.3 稳定性能分析 3.4 MATLAB辅助分析控制系统时域性能 例3.3 已知系统的特征方程为 本章的主要内容 3.1 稳定性分析 3.2 暂态性能分析 3.3 稳定性能分析 3.4 MATLAB辅助分析控制系统时域性能 3.2 暂态性能分析 （1） 阶跃信号 （3）加速度信号（抛物线信号） （5） 正弦信号 3.2.2 暂态性能指标 利用系统的单位阶跃响应曲线的特征来定义控制系统的动态性能指标,直观，含义清楚。 典型的单位阶跃响应曲线（衰减振荡形式） （1） （最大）超调量  系统对于超调量的要求 对一般系统，总希望超调量较小。但常常希望系统有一点超调，以增加系统的快速性。例如，在电动机调速系统中，电动机速度有一点超调是容许的，这时电动机速度跟踪特性较好。 （2）（最大）超调时间 （3） 上升时间 （4）调节时间 典型的单位阶跃响应曲线（非衰减振荡形式） 3.2.3 一阶系统的暂态性能分析 为什么要研究典型系统的性能分析？ 现实中存在大量的系统，他们本身就属于典型的一阶或二阶系统。（温度计系统，单自由度机械振动系统等等） 大量的高阶、复杂系统可以在一定的近似范围内简化为典型的系统，以便于系统的分析与设计。 在校正系统时，往往把系统设计成一个典型的系统。 分析和理解高阶系统的动态响应的基础。 一阶系统的动态性能指标 小结： 一阶系统的单位阶跃响应是单调 上升的。因而，不存在超调量。 可以用上升时间或者调节时间来 作为动态性能指标。 为了提高一阶系统的快速响应 和跟踪能力，应该减少系统的 时间常数 T。 单位阶跃输入，一阶系统的稳态响应值为 K，稳态值与 T 无关。 2、典型二阶系统的单位阶跃响应  欠阻尼典型二阶系统暂态性能分析 小结： 当 时，系统的输出为正弦曲线。这种情况称为无阻尼振荡，系统处于临界稳定状态。 当 时，系统为欠阻尼振荡状态。 增加，将减少系统的振荡，减少超调量；但上升时间、调节时间加大。 当 时，系统为临界阻尼状态，这是总能保持系统的输出值小于1的最小阻尼值。 当 时，系统为过阻尼状态，在 增加时系统的响应减慢。 当自然频率 增加时，系统的响应速度加快但是系统响应的峰值保持不变，超调量由阻尼系数唯一确定。 计算举例 设计图示系统具有如下的动态性能指标： 超调量20%，超调时间为1秒。试确定系统参数K和A。 解答： 系统的闭环传递函数为： 3.2.5 高阶系统的暂态性能近似分析 高阶系统的闭环传递函数一般表示为： 设系统闭环极点均为单极点（实际系统大都如此）， 单位阶跃响应的拉氏变换式为： 结论： 1）若某极