自动控制理论教学课件作者李素玲1_4课件幻灯片.pptVIP

1. 4 对控制系统的要求和本课程的主要任务 系统有各种各样，对每个系统也都有不同的特殊要求，但对于各类系统来说，在已知系统的结构和参数时，研究的和感兴趣的却是系统在某种典型输入信号下，其被控量变化的全过程。也就是说，研究的内容和方法都是相同或相似的，如：恒值系统研究扰动作用引起被控量变化的全过程；随动系统研究被控量如何克服扰动影响并跟随给定量的变化过程。所以对于各种控制系统的要求可归纳为：系统的c(t)必须迅速、准确的按输入量的变化而变化，克服扰动影响。 1.4.1 对控制系统的基本要求 第一章 绪论 实际中，由于机械部分质量、惯量的存在以及电路中L.C的存在，输出不会是理想状态。要有一个过渡过程，最后趋于新的稳态值。因此，归纳以后从稳、快、准三方面来评价系统的总体精度。 图1－17 图1－18 基本要求（续） 第一章 绪论 一、稳定性 稳定性指动态过程的振荡倾向和系统重新恢复平衡状态的能力。 稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件，一个稳定的系统，其输出c(t)偏离期望值的初始偏差应随t的延长逐渐减小或趋于零。 ② c(t) t 0 ① 第一章 绪论 基本要求（续） 3. 一个不稳定的系统，其输出c(t)偏离期望值的初始偏差将随着t的增长而发散。无法实现预定的任务。 c(t) t 0 第一章 绪论 二、 快速性 快速性指动态过程进行的时间长短。 时间过长，系统长久出现大偏差，难以复现快速变化的指令信号。如雷达、导弹等系统则要求具有较好的快速性。 若满足既稳又快，则系统的动态精度高。 三、 准确性 准确性指系统过渡过程结束到新的平衡工作状态以后或系统受干扰后重新恢复平衡，最终保持的精度，反映后期性能。 第一章 绪论 四、说明 因受控对象的不同，各种系统对稳、准、快的要求有所侧重。如：恒值系统，对稳（平衡）要求严格。而随动系统对快、准要求高。 同一个系统的稳、快、准是相互制约的，提高过渡过程的快速性，可能会引起振荡；改善了平稳性，过渡过程又很迟缓。 本课程的主要内容就是如何分析和解决上述矛盾。 第一章 绪论 1.4.2 典型输入信号 1．阶跃函数（位置函数）： 当A=1时，称为单位阶跃函数， 记作 且 t r (t) 0 A 第一章 绪论 当B =1时， 称为单位 斜坡函数。 2．斜坡函数（等速度函数） ∴斜坡函数的导数是阶跃函数。 记作： t r (t) 0 第一章 绪论 3．抛物线函数（等加速度函数） 称为单位抛物线函数， 记作 且 ∴抛物线函数的导数是斜坡函数。 t r (t) 0 第一章 绪论 4．脉冲函数： t 0 第一章 绪论 ★抛物线信号的导数是斜坡信号，斜坡信号的导　　 　数是阶跃信号，而阶跃信号的导数是脉冲信号。 4．脉冲函数（续） t r (t) 0 Ａ 5．正弦函数： 第一章 绪论 ★ 选典型信号时应尽量接近实际工作情况，如输 入具有突变情况时选阶跃函数，输入随时间增 　 加而变化时选斜坡函数，周期性变化时选正弦 函数等。 ▲ 典型输入信号（续） 第一章 绪论 1.4.3 本课程的主要任务与控制系统的设计原则 1．本课程的主要任务 自动控制理论主要研究以下两大课题： （1）对于一个具体的控制系统，如何从理论上对它的动态 性能和稳态精度进行定性的分析和定量的计算。 （2）根据对系统性能的要求，如何合理地设计校正装置， 使系统的性能能够满足技术上的要求。 2．控制系统的设计原则 （1）数学建模 （2）系统分析 （3）系统设计 （4）实验仿真 （5）控制实现 第一章 绪论 （1）自动控制是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象自动地按要求的运动规律变化。自动控制系统是由被控对象和控制器按一定方式联接起来的、完成一定自动控制任务的有机整体。 （2）自动控制系统可以是开环控制、闭环控制或复合控制。最基本的控制方式是闭环控制，亦称反馈控制。 （3）自动控制系统的分类方法很多，其中最常见的是按给定信号的特点进行分类，可分为恒值系统、随动系统和程控系统。 本章小结 第一章 绪论 （4）在分析系统的工作原理时，应注意系统各组成部分具有的职能，并能用原理方框图进行分析。原理方框图是分析控制系统的基础。 （5）对自动控制系统性能的基本要求可归结为稳、快、准三个字。 （6）常用的典型输入信号有阶跃函数、斜坡函数、抛物线 函数、脉