[工学]控制原理.ppt

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[工学]控制原理

课程内容的主框架 课程内容的主框架 时域数学模型 传递函数 常微分方程和偏微分方程 线性和非线性 线性定常和线性时变 模型类型判断 机理分析法 例1 利用结构图构建模型 例3 非线性微分方程的线性化 拉普拉斯变换与反变换 拉普拉斯变换的基本定理 例5 拉普拉斯变换的综合应用 例6 拉普拉斯变换的综合应用 传递函数的性质 传递函数的部分分式展开 典型环节的传递函数 例7 例8 方块图的简化与运算 时域分析法 时域性能指标 1、性能指标的定义 2、讨论性能指标时选用的归一化模型 3、时域各分项指标与系统参数的关系 4、两个重要的间接指标参数 练习 练习 练习 一阶系统的分析 非归一化模型的差异 练习 二阶系统时域分析 归一化二阶系统模型 ?对二阶系统特征根及其阶跃响应的影响 阻尼比?和阻尼自然频率?n对性能指标的关系 实际二阶系统的性能与归一化模型相比照 高阶系统的闭环主导极点 二阶系统的练习 练习 解题思路 解题过程 另一种解题思路 改善二阶系统性能的措施 两种措施的比较 例 判断系统稳定性的判据 劳斯稳定判据 出现全零行的处理方法及其判断 例 稳态误差分析 A、B两个系统皆为单位反馈系统,其闭环传递函数分别如下: 练习 频率分析法 频率特性定义 频率特性的几何表示 典型环节的频率特性 开环系统频率特性 最小相位系统相角范围小 非最小相位系统幅频与相频不存在唯一关系 练习 对数频率特性的基本计算练习 I型系统起始段的特点 I型系统起始段定位的方法 II型系统L(?)起始段的特点 II型系统L(?)起始段绘制 求解B图的传递函数 用L(?)的解析式求解B图的相关参数 奈奎斯特稳定判据的基础 奈奎斯特稳定判据 画Nyquist 图的要点 求Nyquist图与实轴的交点 Nyquist图补充辅助线的方法 根据半闭合曲线计算Nyquist轨迹包围(-1,j0)点的圈数R S平面绕行路径存在极点的处理方法 练习 练习 相位裕量和增益裕量的几何概念 相位交界频率 和增益裕量 相位裕量和增益裕量在对数坐标上的表示 练习 练习 相位裕量 ? 和阻尼比 ?(时域与频域关系) 根轨迹 幅角条件和幅值条件 2、绘根轨迹的基本法则 根轨迹相关概念的练习 1、已知系统的开环传递函数 , 则系统开环根轨迹增益 ,开环放大系数 。 线性系统的校正 常用指标 闭环频率指标与?的关系 指标间的相互关系 练习 基本控制规律 超前环节在根轨迹校正中的特点 滞后环节在根轨迹校正中的特点 滞后环节在频域校正中的特点 练习 练习 练习 稳态误差分析 静态位置误差系数KP 静态速度误差系数KV 静态加速度误差系数Ka 如果 称 为相位交界频率; 定义: 为增益裕量。 表示系统达到临界稳定,开环增益增大(或减小)的倍数。 对于最小相位系统, 是稳定的系统, 系统不稳定。 在对数幅频特性曲线上 因此 在0分贝线下为为正的增益裕量,反之为负的增益裕量,对于最小相位系统,欲使系统稳定,应取正的增益裕量。 单位负反馈控制系统的开环频率特性如表所示: ω 2 3 4 5 6 8 10 7.50 4.80 3.15 2.25 1.70 1.00 0.64 ∠G(jω) -1180 -1300 -1400 -1500 -1570 -1700 -1800 系统的相角裕量γ=   ,幅值裕量h=   ;欲使系统具有300的相角裕量,系统的开环增益应如何变化?            。 最小相位系统的开环对数幅频特性如图, 1、写出系统的开环传递函数G(s); 2.?计算该系统的相角裕度 在起始段作-20db/dec斜线的延长线,交0db线于?1, 于是有: 由于?1=K 则有: 开环传递函数可表示成: 10 为便于计算相角,传递函数整理如下: ?c=10代入其中,计算相位裕量, 如何草绘出该系统的相频特性? 设二阶系统的开环频率特性 幅频特性 令 则开环截止频率 将开环截止频率带入相频特性 相位裕量 ? 和阻尼比 ?的近似关系 ? 两者几乎是直线关系,在此范围可用 估算。 当 时 ? 回顾:有关相对稳定性的时域指标如右示, ? 和 ? 是频域和时域相互联系的重要桥梁。 1、根轨迹方程的概念 则 因闭环特征方程 幅角条件是确定根轨迹的充要条件。 幅值条件 幅角条件 练习掌握 3、参数根轨迹处理要点 单位反馈系统的开环传递函数为 1、整理闭环特征多项式 画参数a或

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