自动控制原理与系统--总结.pptVIP

自动控制原理与系统 总结 一、绪论 1、自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（如机器、设备或生产过程）的一个或数个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、化学成分等）自动的按照预定的规律运行（或变化） 2、自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。它一般由控制装置和被控对象组成。被控制对象是指那些要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。控制装置是指对被控对象起控制作用的设备总体。 3、开环控制：开环控制是指系统的被控制量（输出量）只受控于控制作用，而对控制作用不能反施任何影响的控制方式。 4、闭环控制：指系统的被控制量（输出量）与控制作用之间存在着负反馈的控制方式。 5、反馈：把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程。若反馈信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。显然，负反馈控制是一个利用偏差进行控制并最后消除偏差的过程，又称偏差控制。同时，由于有反馈的存在，整个控制过程是闭合的，故也称为闭环控制。 6、闭环系统的组成：参考输入、比较环节、控制调节器、控制对象、反馈环节 7、反馈的类型：恒值系统和随动系统（按参考输入形式分类） 线性系统和非线性系统（按照组成系统的元件特性分类） 连续系统和离散系统（按照系统内信号的传递形式分类） 8、控制系统的性能指标：稳定性、稳态误差、瞬态响应指标。 §2、控制系统的数学模型 1、传递函数的定义：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。 2、系统的数学模型：是描述系统输入、输出变量以及系统内部各物理量之间关系的数学表达。 3、动态模型：在动态过程中，系统各变量之间的关系可用微分方程来描述，称为动态模型。 4、常用的动态模型有：微分方程、传递函数、动态结构图以及状态空间表达式。 6、典型环节 这些环节是 1）比例环节： 2）惯性环节： 3）积分环节： 4）振荡环节： 5）微分环节： 6）滞后环节： （一）、质量、弹簧、阻尼器系统 一）、质量、弹簧、阻尼器系统 (二)、齿轮链系统 旋转物体： (三）电系统 传递函数 解：设回路电流i1、i2如图中所示，从输入端开始，按信号传递顺序写出各变量间的微分方程式如下： 1.阶跃函数： 2.斜坡函数： 3.抛物线函数： 4.脉冲函数： 5.正弦函数： 拉氏变换的目的 第三章 控制系统的时域分析 1、经典控制理论中常用的工程方法有： 1）时域分析法，2）根轨迹法，3） 频率特性法 2、系统性能分析的内容： 1)瞬态性能,2) 稳态性能,3)稳定性 3、输出响应:瞬态分量和稳态分量。 瞬态分量:由于输入和初始条件引起的，随时间的推移而趋向消失的响应部分，它提供了系统在过渡过程中的各项动态性能的信息。 稳态分量:是过渡过程结束后,系统达到平衡状态，其输入输出间的关系不再变化的响应部分，它反映了系统的稳态性能或误差。 §3-1 典型输入信号及性能指标 阶跃响应的性能指标 1、峰值时间：tp: 2、超调量： 3、调节时间：ts 4、稳态误差：ess 5、上升时间：tr 6、穿越次数：N 总结 二阶系统的阶跃响应 (一)过阻尼(ζ1)的情况： (二)欠阻尼(0ζ1）的情况 (三)临界阻尼(ζ=1）的情况 (四)无阻尼(ζ=0）的情况 §3-5控制系统的稳定性 1、稳定的充要条件 线性定常系统的稳定性的定义：如果线性定常系统受到扰动的作用，偏离了原来的平衡状态，而当扰动消失后，系统又能够逐渐恢复到原来的平衡状态，则称该系统是渐进稳定的（简称为稳定）。否则，称该系统是不稳定的。 线性定常系统稳定的充分必要条件：闭环系统特征方程的所有根据都具有负实部，或者说闭环传递函数的所有极点均位于为S平面的左半部分（不包括虚轴）。 2、劳斯稳定判据 控制系统的稳定的充要条件是其特征方程的根均具有负实部。 §3-6控制系统的稳态误差 给定稳态误差（由给定输入引起的稳态误差） 扰动稳态误差（由扰动输入引起的稳态误差） 一、稳态误差的定义 系统的误差 e(t)一般定义为输出量的希望值与实际值之差。 在各种典型输入信号作用下，不同类型系统的给定稳态误差如表3-1所示。 扰动稳态误差 控制系统除了受到给定输入的作用外，通常还受到扰动输入的作用。系统在扰动输入作用下的稳态误差的大小，反映了系统的抗干扰能力。 扰动输入可以作用在系统的不同位置，因此，即使系统对于某种形式的给定输入的稳态误差为零，但对同一形式的扰