[小学教育]自动控制原理总结.doc

本章要求：????1、稳定性判断????1）正确理解系统稳定性概念及稳定的充要条件。 ????2）熟练运用代数稳定判据判定系统稳定性，并进行分析计算。????2、稳态误差计算????1）正确理解系统稳态误差的概念及终值定理应用的限制条件。 ????2）牢固掌握计算稳态误差的一般方法。????3）牢固掌握静态误差系数法及其应用的限制条件。 ????3、动态性能计算????1）了解一阶、二阶系统的数学模型和典型响应的特点。 ????2）牢固掌握一阶、二阶系统特征参数及欠阻尼系统动态性能计算。????3）掌握典型欠阻尼二阶系统特征参数、极点位置与动态性能的关系????4）了解附加闭环零极点对动态性能的影响，并理解主导极点的概念 一、线性系统时间响应的性能指标 ????本节主要内容????典型输入信号????动态过程与稳态过程????动态性能与稳态性能????1-1 典型输入信号 ????1-2 动态过程与稳态过程????（1）动态过程????系统在典型信号输入下，系统的输出量从初始状态到最终状态的响应过程。????（2）稳态过程????系统在典型信号输入下，当时间t趋于无穷时，系统输出量的表现方式。????1-3 动态性能与稳态性能????（1）动态性能????延迟时间td:响应曲线第一次到达终值一半所需的时间。????上升时间tr:响应从终值10%上升到终值90%所需的时间。????峰值时间tp:响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间。????调节时间ts:响应到达并保持在终值的内所需的最短时间。 ????上述性能指标可表示在下图单位阶跃响应图中 二、一阶系统的时域分析 ????????本节主要内容：????一阶系统的数学模型????一阶系统的单位阶跃响应????一阶系统的单位脉冲响应????一阶系统的单位斜坡、单位加速度响应????1、一阶系统的数学模型 ????????当该电路的初始条件为零时，其传递函数为： ????????2、一阶系统的单位阶跃响应 ????????3、一阶系统的单位脉冲响应 ????4、一阶系统的单位斜坡响应 ????5、单位加速度响应 三、二阶系统的时域分析 ????本节主要内容：????二阶系统的数学模型????二阶系统的单位阶跃响应????欠阻尼二阶系统的动态过程分析????过阻尼二阶系统的动态过程分析????二阶系统的单位斜坡响应????二阶系统性能的改善 ????1 二阶系统的数学模型????(1)、位置控制系统原理图????设位置控制系统如下图所示，其任务是控制有黏性摩擦和转动惯量的负载，使负载位置与输入手柄位置协调 ????(2)、 位置控制系统结构图 ????(3)、系统微分方程 ????(4)、二阶系统标准形式 ????2、二阶系统的单位阶跃响应 ????3、欠阻尼二阶系统的动态过程分析????(1)、特征参量 ????(2)、动态性能指标 ????下面举例说明：????例:设系统结构图如下图所示，若要求系统具有性能指标tp=ls，σp=σ%=20%，试确定系统参数K和τ，并计算单位阶跃响应的特征量td,tr和ts 。????解：由图知，系统闭环传递函数为 ????4、过阻尼二阶系统的动态过程分析????过阻尼系统响应缓慢，有些应用场合需要过阻尼响应特性：??? 如（1）大惯性的温度控制系统、压力控制系统等。 ????（2）指示仪表、记录仪表系统，既要无超调、时间响应尽可能快。????有些高阶系统可用过阻尼二阶系统近似。???? ??求动态性能指标，要解一个超越方程，只能用数值方法求解。利用曲线逆合法给出近似公式。? ??（1）延迟时间td计算 ? ??（2）上升时间tr计算 ? ??（3）调节时间ts计算 ? ??5 二阶系统的单位斜坡响应? ??输入信号为单位斜坡函数时，系统输出为： ? ??（1）欠阻尼单位斜坡响应 ? ??误差响应为： ? ??稳态误差为 ? ??调节时间为： ? ??误差响应的峰值为: ? ??（2）临界阻尼单位斜坡响应 ? ??（3）过阻尼单位斜坡响应 ? ??6 二阶系统性能的改善? ??改善二阶系统性能的两种方法：比例-微分控制测速反馈控制? ??（1）比例-微分控制? ??A、控制系统 ? ??B、分析控制? ??设比例－微分控制的二阶系统如上面结构图所示。系统输出量同时受误差信号及其速率的双重作用。因而，比例－微分是一种早期控制，可在出现位置误差前，提前产生修正作用，从而达到改善系统性能的目的。 ? ??分析表明，比例－微分控制不改变系统的自然频率，但可增大系统的阻尼比。此时相当于给系统增加