自动控制原理课件2.1(梅晓榕).pptVIP

第一章知识结构框图 实验安排 在以后的频率法分析中使用较多。 School of Information Science Engineering 初步概念 系统组成 变量：控制量、被控量、反馈量、参考输入、输出量 控制的概念和作用 控制对象 控制元件：执行元件，放大元件，测量元件，补偿元件 控制理论发展 现代控制理论 工程技术 经典控制理论 对系统的基本要求 快速与平稳性（动态性能） 稳定性 准确性（稳态性能） 系统类型 线性系统、非线性系统 开环控制与闭环控制 恒值控制系统、随动系统、程序控制系统 时间待定 时间待定 第八周 时间待定 时间待定 第七周 时间待定 时间待定 第六周 时间待定 时间待定 第四周 第二章 控制系统的数学模型 2.1 数学模型的特点及类型 2.2 控制系统的时域数学模型——微分方程 2.5 控制系统的结构图及其化简? 2.4 典型环节传递函数? 2.3 控制系统的复域数学模型——传递函数? 2.6 信号流图及梅逊公式* 2.7 小结 2.1 数学模型的特点及类型 系统是指相互联系又相互作用着的对象之间的有机组合. 静态系统或稳态系统: 系统当前输出仅由当前的输入所决定. 数学模型：描述系统动态特性及各变量之间关系的数学表达式。 动态系统:系统当前输出不仅由当前输入所决定，而且还受到过去输入的影响。 2.1.1数学模型的特点 1）相似性:数学模型可能相同，即具有相同的运动规律。 2）简化性和准确性 常在误差允许的条件下忽略一些对特性影响较小的物理因素，用简化的数学模型来表达实际系统。 3）动态模型: 描述变量各阶导数之间关系的微分方程。 4）静态模型: 在静态条件下（即变量的各阶导数为零），描述变量之间的代数方程。 2.1.2数学模型的类型 3）用比较直观的方块图模型进行描述。 2）状态变量描述或内部描述。它特别适用于多输入、多输出系统，也适用时变系统、非线性系统和随机控制系统 1）输入-输出描述或外部描述。如微分方程、传递函数和差分方程. 2.2 控制系统的时域数学模型——微分方程 2.2.1列写微分方程式的一般步骤 1.分析系统运动的因果关系，确定系统的输入量、输出量及内部中间变量，搞清各变量之间的关系。 2.作出合乎实际的假设，以便忽略一些次要因素，使问题简化。 3.根据支配系统动态特性的基本定律，列出各部分的原始方程式。 牛顿定律、能量守恒定律、克希霍夫定律、物质守恒定律以及由它们导出的各专业应用公式。 4.列写各中间变量与其它变量的因果式，称为辅助方程式。至此，方程的数目应与所设的变量（除输入外）数目相等。 与输入量有关的各项放在方程式的右边，与输出量有关的各项放在左边，各导数项按降阶排列，各项系数化成有物理意义的形式 5.连立上述方程，消去中间变量，最终得到只包含系统输入量与输出量的方程式。 6.将方程式化成标准型。 一般从系统的输入端开始，依次列写系统各组成部分的运动方程式，兼顾相邻元件的负载效应问题。 例2-1电路系统举例： 电阻-电感-电容串联系统，如图2-1所示。列出以ur(t)为输入量，uc(t)为输出量的网络微分方程式。 解：按照列写微分方程式的一般步骤有： 1）确定输入量、输出量、中间变量i（t）； 2）网络按线性集总参数考虑，且忽略输出端负载效应； 3）由克希霍夫定律写原始方程： （2-1） 4）列写中间变量与输出变量的关系式： （2-2） 5）将上式代入原始方程消中间变量得： 6） 整理成标准型：令T1=L/R,T2=RC,则方程化为： （2-3） （2-4） T1、T2的量纲：[T1]=[L/R]=秒 [T2]=[RC]=秒 则T1、T2是电路网络两个时间常数， uc ur C L R i 图2-1RLC电路系统 例2-2机械系统举例： 弹簧-质量-阻尼器串联系统，如图2-2所示。列出以外力F(t)为输入量，以质量的位移y(t)为输出量的运动方程式。 2）系统按线性集总参数考虑，且当无外力作用时，系统处于平衡状态； 3）由牛顿第二定律写原始方程： （2-5） 4）写中间变量与输出变量的关系式： （2-6） 5）将上式代入原始方程消中间变量得： 6）整理成标准型：