自动控制原理演示课件-自动控制原理（孙晓波）.ppt

自动控制 1.1 控制理论的发展历史 1945年开始形成的 1765年俄国机械师波尔祖诺夫发明了蒸汽机锅炉水位调节器 1784年英国人瓦特(Watt)发明了蒸汽机离心式调速器 1877年劳斯(Routh)和赫尔维茨(Hurwitz)提出判定系统稳定的代数判据 19世纪前半叶，生产中开始使用发电机和电动机 19世纪末到20世纪前半叶，内燃机的使用 二次世界大战中，搭起了经典控制理论的框架，战后这些理论被公开，并应用于一般的工业生产过程中 1.3 控制系统的分类 1.4 控制系统的组成与对控制系统的基本要求 实验法 分析法 2.1控制系统的运动方程式 是用微分方程的形式描述系统运动过程中各变量之间的相互关系，它既定性又定量地描述整个系统的运动过程。 举例 例2-1 设有由弹簧-质量-阻尼器构成的机械系统如图所示，试列写以力为输入变量、以位移为输出变量的系统运动方程式。 2.2 传递函数 2.2.1传递函数的定义 　　　　传递函数是基于拉氏变换引入的描述线性定常系统输入—输出关系的一种常用数学模型，为系统的外部描述。传递函数只适用于线性定常系统或元件。 对上式两端取拉氏变换，得 式中 将上式改写成 例2-5 试求机械平移系统的传递函数 。 解：由例2-1 可知，控制系统的运动方程式为 对上式两端取拉氏变换，得 令初始条件为零，得 求得输出量的拉氏变换Y(s)与输入量的拉氏变换F(s)之比，即 例2-6 设有二级RC滤波网络如图所示。以电压u为输入变量，电容器 两端电压　 为输出变量，试求该滤波网络的传递函数 。 解：由电学中的基尔霍夫定律,有 在以上各式中消去中间变量，求得系统的运动方程式为 对上式两端取拉氏变换，整理得 另外，由复阻抗的概念，有 根据理想运算放大器反向输入端的性质,得 1．串联环节等效传递函数的求取 设有三个环节，其传递函数分别为 、 、 　同理，当有n个环节同向并联时，其传递函数分别　 　　　　　　　　　，则并联后等效环节的传函数为 称为前向通道传递函数； 为由输出信号至反馈信号的传递函数，称为反馈通道传递函数。 根据传递函数定义 对于正反馈回路 令 f(t)=0，定义系统输出信号的拉氏变换式C(s)与输入信号 的拉氏变换式R(s)之比为输出信号对输入信号的闭环传递 函数，记为 ，即 对于单位反馈系统，由于H(s)=1，所以系统的开环传递函数 为 , 则 其等效系统方框图 2.3控制系统的方框图及其简化 控制系统的方框图又称方块图或结构图，是将系统中的所有环节用函数方框来表示，方框内标明环节的传递函数，方框的一端为环节的输入信号，另一端为环节的输出信号。按照各个环节在系统中的相互关系，用信号线将其连接起来则构成控制系统的方框图。 控制系统的方框图一般由四种基本单元组成。 函数方框：表示元件或环节的输入信号与输出信号的函数关系，对信号起运算、变换的作用。函数方框的输出信号是输入信号与方框内传递函数相乘的结果，即 绘制控制系统方框图的步骤如下： （1）写出组成系统各环节的微分方程； （2）求取各环节的传递函数，绘制各环节的方框图； （3）从输入端入手，按信号流向依次将各环节方框图用信号线连接成整体，即得控制系统方框图。 1．分支点的移动规则 根据分支点移动前后所得的分支信号保持不变的等效原则，可将分支点顺着信号流向或逆着信号流向移动。 （1）前移 例2-10 试简化图（a）所示系统方框图，并求系统的闭环传递函数 。 2.4.4控制系统的信号流图 2.4.5 梅森增益公式 2.5 脉冲响应 2.6 非线性运动方程的线性化 2.7 应用Matlab建立控制系统的数学模型 例2-11 RC两级滤波网络的方框图如图所示。试将其加以简化，并求 ,