自动控制09总复习

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1、第一章第一章 自动控制的一般概念自动控制的一般概念一一.自动控制系统自动控制系统 自动控制系统是指由控制装置与被控对象结合自动控制系统是指由控制装置与被控对象结合起起 来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控制的一个有机整体。控制的一个有机整体。 1.被控对象：要求实现自动控制的机器设备或生被控对象：要求实现自动控制的机器设备或生产过程产过程 2.被控制量：指控制系统所要控制的物理量，一被控制量：指控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量般指系统的输出量 3.给定值：根据生产要求，被控制量需要达到的给定值：根据生产要求，被控制量需要达到的数值数值

2、4.扰动：破坏控制量与被控制量之间正常函数关扰动：破坏控制量与被控制量之间正常函数关系的因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫系的因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫做外扰，如果扰动来自内部，称为内扰。做外扰，如果扰动来自内部，称为内扰。 5.控制装置：能够对被控对象起控制作用的设备控制装置：能够对被控对象起控制作用的设备总称总称二二.开环控制系统开环控制系统 输出量与输入量之间没有反向联系，只靠输入输出量与输入量之间没有反向联系，只靠输入量对输出量单向控制的系统叫开环控制系统。量对输出量单向控制的系统叫开环控制系统。三三.闭环控制系统闭环控制系统 输出量与输入量之间有反向联系，靠输入量

3、与输出量与输入量之间有反向联系，靠输入量与主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统叫闭环控制系统。叫闭环控制系统。四四.对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求稳、准、快稳、准、快第二章第二章 控制系统的数学模型控制系统的数学模型一.数学模型的表示形式微分方程微分方程.传递函数传递函数.频率特性频率特性二二.传递函数传递函数 零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量拉氏变换的比值叫该系统的传递函数，用量拉氏变换的比值叫该系统的传递函数，用G(s)表表示。示。三.控制系统的结构图与信号流图（梅森公式）梅

4、森增益公式可表示为梅森增益公式可表示为 fedcbankkkLLLLLLPP1,11式中，式中，P 输出和输入之间的增益或传递函数；输出和输入之间的增益或传递函数； Pk 第第k条前向通道的增益或传输函数；条前向通道的增益或传输函数； 信号流图的特征式信号流图的特征式 La 所有不同回路增益之和所有不同回路增益之和 LbLc 所有两两互不接触回路增益乘积之和所有两两互不接触回路增益乘积之和 LdLeLf 所有三个互不接触回路增益乘积之和所有三个互不接触回路增益乘积之和 k 第第k条前向通道特征式的余子式，等于条前向通道特征式的余子式，等于将将中与前向通道相接触的全部置中与前向通道相接触的全部置

5、0 后余下部分后余下部分。（1）本例）本例C(s)/R(s) 的求法的求法3213222111,HGGLHGLHGLG1G2G3H1H2H3N(s)CRE-一一.梅森公式的应用梅森公式的应用两两互不接触回路有两两互不接触回路有L1L22121321221111232111223212111)1 ()()()(1,1,HHGGHGGHGHGHGGGGGsRsCHGGGPGGP3213222111,HGGLHGLHGL（2）若以）若以E(s) 为输出，为输出，R(s) 为输入，传递函为输入，传递函数数E(s)/R(s)如下求取：如下求取： 两两互不接触回路仍为两两互不接触回路仍为L1L2 无论输入

6、输出是什么，回路是不变的，所以无论输入输出是什么，回路是不变的，所以不变不变212132122113232223232221111)()(1,1, 1HHGGHGGHGHGHGGHGsRsEHGGPHGP(3).若在若在G2输入端有一点干扰输入端有一点干扰N(s),求求C(s)/N(s) 因为传递函数是单输入单输出，所以求因为传递函数是单输入单输出，所以求C(s)/N(s)时令时令R(s)=0.(当然求当然求C(s)/R(s)时也时也要令要令N(s)=0)，则有，则有的均相同与分母)()(,)()()1 ()()(112sRsEsRsCHGGsNsC第三章第三章 线性系统的时域分析法线性系统的

7、时域分析法1 控制系统的时域指标（五项指标）控制系统的时域指标（五项指标）2 二阶系统分析二阶系统分析(闭环根的分布闭环根的分布)3 控制系统的稳定性和代数判据控制系统的稳定性和代数判据4 稳态误差的分析和计算稳态误差的分析和计算 1.上升时间上升时间tr 响应曲线从零首次上升到稳态值响应曲线从零首次上升到稳态值h( () )所需的时所需的时间，称为上升时间。对于响应曲线无振荡的系统，间，称为上升时间。对于响应曲线无振荡的系统，tr是响应曲线从稳态值的是响应曲线从稳态值的10%10%上升到上升到90%90%所需的时间。所需的时间。 延迟时间延迟时间td: :响应曲线第一次到达终值一半所需的响应

8、曲线第一次到达终值一半所需的时间。时间。 2.峰值时间峰值时间t tp p 响应曲线超过稳态值响应曲线超过稳态值h( () )达到第一个峰值所需达到第一个峰值所需的时间。的时间。 3.调节时间调节时间ts 在稳态值在稳态值h( () )附近取一误差带，通常取附近取一误差带，通常取一.五项指标 响应曲线开始进入并保持在误差带内所需响应曲线开始进入并保持在误差带内所需的最小时间，称为调节时间。的最小时间，称为调节时间。 ts越小，说明系统从一个平衡状态过渡到越小，说明系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态所需的时间越短。另一个平衡状态所需的时间越短。 4.超调量超调量% % 响应曲线超出稳态值的最

9、大偏差与稳态值响应曲线超出稳态值的最大偏差与稳态值之比。即之比。即)(%2),(%5hh%100)()()(%hhthp 超调量表示系统响应过冲的程度，超调量超调量表示系统响应过冲的程度，超调量大，不仅使系统中的各个元件处于恶劣的大，不仅使系统中的各个元件处于恶劣的工作条件下，而且使调节时间加长。工作条件下，而且使调节时间加长。 5.振荡次数振荡次数N 在调节时间以内，响应曲线穿越其稳态值在调节时间以内，响应曲线穿越其稳态值次数的一半。次数的一半。 tr,tp和和ts表示控制系统对输入信号产生反应表示控制系统对输入信号产生反应的快速性，而的快速性，而% %和和N反映系统动态过程的反映系统动态过

10、程的平稳性，即系统的阻尼程度。其中平稳性，即系统的阻尼程度。其中ts和和% %是最重要的两个动态性能的指标。是最重要的两个动态性能的指标。二.二阶系统分析1s2snw0)(a2, 1s0)(b1s2s0)(c1s2s0)(d闭环特征方程为：其特征根即为闭环传递函数的极点为1.当0 1时，特征方程具有两个不相等的负时，特征方程具有两个不相等的负实根，称为过阻尼状态。（实根，称为过阻尼状态。（如图如图c c）4.当当= =0时，系统有一对共轭纯虚根，系统时，系统有一对共轭纯虚根，系统单位阶跃响应作等幅振荡，称为无阻尼或单位阶跃响应作等幅振荡，称为无阻尼或零阻尼状态。（零阻尼状态。（如图如图d d）

11、三三.稳定性的分析稳定性的分析 1.定义定义:若系统在初始偏差作用下若系统在初始偏差作用下,其过渡过程其过渡过程随时间的推移随时间的推移,逐渐衰减并趋于零逐渐衰减并趋于零,具有恢复平衡具有恢复平衡状态的性能状态的性能,则称该系统为渐近稳定则称该系统为渐近稳定,简称稳定。简称稳定。反之为不稳定。反之为不稳定。 我们把扰动消失时我们把扰动消失时,系统与平衡位置的偏差看系统与平衡位置的偏差看作是系统的初始偏差。作是系统的初始偏差。 线性系统的稳定性只取决于系统本身的结构线性系统的稳定性只取决于系统本身的结构参数参数,而与外作用及初始条件无关而与外作用及初始条件无关,是系统的固有是系统的固有特性。特性