《控制工程总复习.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制工程总复习.（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第1章概论21.21.2自动控制系统的基本概念自动控制系统的基本概念一、自动控制：一、自动控制：在没有人直接参予的情况下，使生产过程和被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。二、自动控制系统工作原理二、自动控制系统工作原理反馈控制是实现自动控制的最基本方法3三、反馈控制系统的基本组成（概念及与实际系统的对应）4四、自动控制系统的基本类型四、自动控制系统的基本类型按给定量的变化规律分：恒值调节系统恒值调节系统如：稳压电源程序控制系统程序控制系统如：数控机床随动系统随动系统如：火炮自动系统机床随动系统五、对控制系统的基本要求五、对控制系统的基本要求稳定稳定准确准确快速快速5第2章控制系统的动
2、态数学模型建立数学模型的步骤建立数学模型的步骤分析系统的各环节的输入、输出量(设中间变量)从系统的输入端开始，按信号传递变换的过程，依据变量遵循的物理学定律，依次写出各环节的动态微分方程消去中间变量，得到系统输入、输出的微分方程写成标准化的形式62.1基本环节数学模型一、机械系统描述机械元件、合力和位移间的关系质量块f(t)mx(t)f(t)x(t)k弹簧f(t)x(t)D阻尼器7二、电气系统描述电气元件、电流和电压间的关系电阻电容电感82.3拉氏变换及反变换一、应记住的一些简单函数的拉氏变换9二、拉氏变换的性质1.叠加性质102.微分定理初始条件为零(零初始条件)113衰减定理4延时定理12
3、5初值定理6终值定理7时间比例尺改变的象函数13四、拉氏反变换-部分分式展开法利用简单函数的拉氏变换和拉氏变换的性质即可求出只含有不同单极点的情况含有共轭复极点的情况(不可因式分解的二次因式)含有重极点的情况14一、传递函数定义：在零初始条件下，线性定常系统输出象函数与输入象函数之比。2.4传递函数及典型环节的传递函数15二、传递函数的性质：1.是s的有理真分式，它表达了系统内在的固有特性，与输入量无关；2.传递函数有无量纲，根据输入、输出量纲而定；3.传递函数不表明系统物理特性和物理结构。16三、传递函数的优点17四、传递函数的求取：1.利用拉氏变换的微分定理和定义由微分方程求取；2.利用复
4、阻抗和等效弹性刚度的概念直接列写每个环节的代数方程消去中间变量即可求取；3.利用复阻抗及分压的关系直接求电网络的传递函数。18五、典型环节的传递函数1.比例环节2.一阶惯性环节3.微分环节理想微分环节4.积分环节5.二阶振荡环节192.5系统函数方块图及其简化方块图变换法则：（1）各前向通路传递函数的乘积不变；（2）各回路传递函数的乘积不变。2021方块图简化的一般方法:向前或向后移动相加点或引出点向前或向后移动相加点或引出点，但是，但是相加点的移动不要越过引出点，引出点相加点的移动不要越过引出点，引出点的移动不要越过相加点，可重复移动，的移动不要越过相加点，可重复移动，目的是使各个回路没有交
5、叉点。目的是使各个回路没有交叉点。222.6系统信号流图及梅逊公式梅逊公式232.8绘制实际物理系统的函数方块图实际物理系统函数方块图的绘制步骤:1.从系统的输入端开始到输出端利用复阻抗或等效弹性刚度的概念列写各个环节的输入输出代数方程2.绘出各环节的方块图标明输入量、输出量3.将同一信号的通路连接在一起组成完整的方块图24第3章时域瞬态响应分析时域分析方法:25结论：1一阶系统总是稳定的；2可用实验方法测T；3经过34T，响应已达稳态值的95%98%4T2T3T4T5T98.2%95%99.3%86.5%B0t163.2%A0.632一阶系统的单位阶跃响应曲线26二阶系统的单位阶跃响应：10
6、ts0000001234561、根据特征根在S平面的分布，判断阻尼情况并画出单位阶跃响应；2、指出各响应属于哪种形式：（单调上升衰减振荡等幅振荡发散振荡单调发散）27标准二阶系统瞬态响应指标两大类题型:一、根据性能指标确定系统的传递函数(结构参数)二、根据系统的传递函数(结构参数)求性能指标28高阶系统的分析降阶1、主导极点主导极点工程上当极点A距虚轴的距离大于5倍的极点B距虚轴的距离时，分析时可忽略极点A。2、偶极子相消零、极点数值上相近工程上认为二者的距离小于自身到虚轴距离的110时构成偶极子293.2控制系统的稳定性分析控制系统稳定的充分必要条件是：控制系统稳定的充分必要条件是：系统特征
7、方程根系统特征方程根(闭环极点闭环极点)全部具有全部具有负实部负实部。（位于（位于左左半半ss平面）平面）30代数稳定判据阵列中第一列系数的符号全部为正，则系统稳定；否则，第一列系数符号改变的次数，就为特征方程在右半s平面的根的个数。31劳斯判据的两种特殊情况：1、某一行第一个元素为零，而其余各元素均不为零、或部分不为零；2、某一行所有元素均为零。32乃奎斯特稳定判据乃奎斯特稳定判据设开环特征多项式在s右半平面有p个根，在原点有q个根，则当若G(j)的乃氏曲线关于(-(-11，j0)j0)点的幅角增量则闭环系统稳定33全频率的Nyquist稳定判据34由伯德图判断系统的稳定性2.系统开环G(j
8、)在右半平面有p个根35控制系统的相对稳定性一、利用劳斯判据看系统相对稳定性36二、利用乃氏判据看系统相对稳定性及其相对稳定性指标1、相位裕量2、幅值裕量具有负幅值裕量或负相位裕量时，闭环不稳定。在乃氏图和伯德图上能标出稳定裕量并会判断正负373.6控制系统的误差分析和计算38一、终值定理法求稳态误差二、静态误差系数求稳态误差3.6.1输入引起的稳态误差-先看单位反馈系统输入引起的稳态误差一、误差传递函数与稳态误差非单位反馈系统-41输入误差系数稳态误差系统型别423.6.33.6.3干扰引起的稳态误差干扰引起的稳态误差-终值定理法-454根轨迹法一、绘制根轨迹一、绘制根轨迹二、利用根轨迹对系
9、统进行性能分析464.1绘制根轨迹的基本法则一、根轨迹的分支数二、根轨迹的对称性三、根轨迹的起点与终点四、实轴上的根轨迹五、根轨迹的渐进线六、分离点的坐标七、起始角和终止角八、根轨迹与虚轴的交点474.2根轨迹绘图举例(5)求出（入）射角(6)求根轨迹与虚轴交点48保证特征方程不变的情况下，构成新的开环传递函数，参量为新的开环传递函数的根轨迹增益，然后按照根轨迹的绘制步骤绘制即可4950第5章控制系统的频率特性频率特性的求法:频率特性实频特性虚频特性幅频特性相频特性51525.2极坐标图53乃氏图的一般作图方法545.3对数坐标图（伯德图）由两张图组成:对数幅频特性对数幅频特性和对数相频特性对
10、数相频特性作图方法：作图方法：先比例积分，然后按照转折频率由小到先比例积分，然后按照转折频率由小到大的顺序。大的顺序。555.4由频率特性曲线求系统传递函数开环增益K的求法:由辐频特性曲线求取最小相位系统传递函数的一般规律确定系统的型别，看曲线的低频渐近线的斜率，斜率为0即为0型，斜率为-20dBdec.为型，斜率为-40dBdec.为型，以此类推。据此确定积分环节的个数；求开环增益K的值。若为0型系统，则看低频渐近线的高度，其高度值为，可求出K值；若系统型别大于0，则有两种求K值的方法，其一是找到时低频渐近线或其延长线的高度值，其值为，可求出K值，另一种方法是看低频渐近线的延长线与轴的交点处
11、的频率值，若为型系统，该值为K，若为型系统，该值为，以此类推，求出K值；第五章控制系统的频域分析写出除积分和比例环节外的其他环节。即将各转折频率取倒数求出各环节的时间常数，再按照转折频率前后斜率的变化情况确定各典型环节；把各环节串联，写出系统的传递函数。第五章控制系统的频域分析6.2.1串联超前校正超前网络幅频特性：正斜率段相频特性：正相移超前网络最大超前角超前校正的作用正斜率作用使截止频率wc增大；正相移作用使相位裕量增大既改善稳定性，又获得足够的快速性超前校正一般不改变低频特性，所以一般不能提高稳态精度滞后网络6.2.2串联滞后校正幅频特性：负斜率段相频特性：负相移滞后网络滞后校正的作用-滞后校正并不是利用相角滞后作用来使原系统稳定，而是利用幅值衰减作用使系统稳定的，校正后，截止频率前移，以牺牲快速性换取稳定性。6.2.3滞后超前校正低频段对应相位滞后部分，使增益衰减，所以容许在低频段提高增益，以改善系统稳态特性高频段对应相位超前部分，可增加相位裕度，改善系统动态响应滞后超前校正的作用1)校正后系统相位裕度增大，稳定性增强；2)剪切频率下降，快速性有所下降；3)稳态速度误差系数保持10不变，稳态精度不受影响6465
