《自动控制理论复习(胡寿松)剖析课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制理论复习(胡寿松)剖析课件（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自 动 控 制 理 论 总复习,2009 11,第一章 概 论,一、学习指导与要求,1基本概念,2知识点,自动控制、自动控制系统、反馈控制系统及原理、控制器、受控对象、扰动、控制装置、参考输入、反馈等。,自动控制系统的组成、自动控制的基本控制方式、自动控制系统分类、对自动控制系统性能要求、控制系统工作原理分析等。,二、思考题,1自动控制定义（P1）,2什么是反馈控制系统/闭环控制系统？（P2）,3自动控制系统基本控制方式有哪些?（P5）,4开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？（P5）,5对自动控制系统性能基本要求是什么？最主要的要求又是什么？（P14）,6自动控制系统的基本要求是 、 、
2、 （P16）,7一个控制系统至少包括 和 。（P2）,稳定性,快速性,准确性,控制装置,受控对象,8反馈控制系统是根据 和 的偏差进行调节的控制系统。（P2）,9自动控制系统的分类：,被控量,给定值,（1）根据自动控制系统是否形成闭合回路来分类，控制系统可分为：,（2）根据信号的结构特点分类，控制系统可分为：,（3）根据给定值信号的特点分类，控制系统可分为：,（4）根据控制系统元件的特性分类，控制系统可分为：,（5）根据控制信号的形式分类，控制系统可分为,开环控制系统、闭环控制系统,反馈控制系统、顺馈控制（按输入或扰动控制）系统和顺馈-反馈复合控制系统,恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统
3、,线性控制系统、非线性控制系统,连续控制系统、离散控制系统,三、系统分析,（1）、请在图1中标示出a、b、c、d 应怎样连接才能成为负反馈系统？ （2）、试画出系统的方框图，并简要分析系统的工作原理。,例题1： 图1是一电动机转速控制系统工作原理图：,解： （1） a与d，b与c分别相连， 即可使系统成为负反馈系统；,（2） 系统方框图为：,（3）系统的工作原理分析（略）。,例题2：图2是一电炉温度控制系统原理示意图。试分析系统保持电炉温度恒定的工作过程，并指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。,解： 、系统工作过程及各部件的作用（略）；,、系统方框图为：,、被控对象
4、： ； 被控量： ；,电炉,电炉炉温,第二章 自动控制系统数学模型,一、学习指导与要求,1基本概念,2知识点,数学模型、传递函数的定义、方框图、信号流图,数学模型的形式；系统微分方程、传递函数的求取；传递函数的性质；典型环节的传递函数及其响应（动态特性）；方框图的连接形式及其等效变换（简化）；方框图的等效变换原则；信号流图的绘制及利用信号流图求取系统传递函数的方法。,二、思考题,1令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的,特征方程,2系统的传递函数 （1）与输入信号有关 （2）与输出信号有关 （3）完全由系统的结构和参数决定（4）以上都不对,3对复杂系统的方框图，要求出系统的传递
5、函数可以采用 （1）终值定理 （2）初值定理 （3）梅森公式 （4）拉氏反变换,4线性控制系统的特点是可以应用 原理，而非线性控制系统则不能。,叠加,7采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为：,6信号流图中，节点可以把所有 的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的输出支路。,5线性定常系统的传递函数，是在 条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。,零初始,输入支路,8信号流图中，支路表示了一个信号对另一个信号的函数关系，信号只能沿支路 的方向传递。,箭头,9从控制系统稳定性要求来看，系统一般是具有 反馈形式。,10组成
6、控制系统的基本功能单位是 。,11系统方框图的简化应遵守 的原则。,12解释“数学模型”，并列举三种数学模型形式。,13方框图的基本连接方式有哪几种?,14传递函数。,15写出五个典型环节的名称及其相应的传递函数表达式。,负,环节,信号等效,16求下图所示系统方框图的输入/输出传递函数 。,解：,17求下图所示系统方框图的输入/输出传递函数 。,解：,18求下图所示系统方框图的输入/输出传递函数 。,解：,19求下图所示系统方框图的输入/输出传递函数 。,解：,解：,方法1：A移动到B, A移动到B后 ， A、B互相调换位置,20. 试利用结构图等效变换原则，简化下述结构图，并求取系统的C（S
7、）/ R（S）。,系统的C（S）/ R（S）,方法2：B移动到A （略）, 局部简化,21. 试利用结构图等效变换原则，简化下述结构图，并求取系统的C（S）/ R（S）。,解: 1）同时将B处相加点前移，C处分支点后移,（3）系统的C（S）/ R（S）,C（S） G1G2 = R（S）1+ G1G2G1G2H,（2） 同时进行串联、并联,22. 试绘制下图所示系统结构图对应的信号流图；然后利用梅森公式求取系统传递函数。,1 2 3 4 5 6,解：1） 选取节点如图所示；,2） 支路中的传递函数即为支路增益；,3） 注意符号并整理得到系统信号流图如下：,1 2 3 4 5 6,4) 根据已求得
8、的信号流图求取传递函数：,1 2 3 4 5 6,前向通道有3条，即n=3，它们是,P1=G1G3 ， P2=G2G3 ， P3=G1G4,单独回路有2个，且互相接触。,La =G1HG2H ， 而 LbLc，LdLeLf ， =0,=1LaLbLcLdLeLf = 1G1HG2H,故：,1=1， 2=1, 3=1,将上述各式代入梅森公式，得：,一、学习指导与要求,1基本概念,2知识点,第三章 时域分析,典型信号、性能指标、超调量等、稳定性的定义、性质、系统稳定的充分必要条件、判定系统稳定性的方法、误差、稳态误差、一阶系统、二阶系统、高阶系统、响应。,典型信号特点、拉氏变换、一阶系统和二阶系统
9、时域性能指标（动态与稳态的）分析与计算、二阶系统性能改善的措施、主导极点、偶极子概念、闭环极点位置与系统动态性能的关系、误差分析等。,二、思考题,1单位阶跃函数、斜坡函数的拉氏变换分别是 。,2在时域分析中，人们常说的过渡过程时间是指 （1）上升时间 （2）峰值时间 （3）调整时间 （4）延迟时间,衡量一个控制系统准确性精度的重要指标通常是指 （1）上升时间 （2）超调量 （3）调整时间 （4）稳态误差,对于二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的 （1）充分条件 （2）必要条件 （3）充分必要条件（4）以上都不是,.若单位反馈系统在阶跃函数作用下，其稳态误差ess为常数，则此系统
10、为 （1）0型系统 （2）I型系统 （3）II型系统 （4）III型系统,8.一阶系统的阶跃响应 (1) 当时间常数T较大时有超调 (2) 当时间常数T较小时有超调 (3) 有超调 (4) 无超调,.设单位反馈控制系统的开环传递函数为 G0(s)= ，要求KV=20，则K等于 （1）10 （2）20 （3）30 （4）40,7.设控制系统的开环传递函数为 G(s)= ，该系统为 (1) 0型系统 (2) I型系统 (3) II型系统 (4) III型系统,9一阶系统 G(s)= 的T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间 （1）越长 （2）越短 （3）不变 （4）不确定,10控制系统的上升时间
11、tr、调整时间tS等反映出系统的 （1）相对稳定性 （2）绝对稳定性 （3）快速性 （4）平稳性,12对于欠阻尼的二阶系统，当阻尼比保持不变时， （1）无阻尼自然振荡频率n越大，系统的超调量p越大 （2）无阻尼自然振荡频率n越大，系统的超调量p越小 （3）无阻尼自然振荡频率n越大，系统的超调量p不变 （4）无阻尼自然振荡频率n越大，系统的超调量p不定,11二阶系统当0 1时，如果增加，则输出响应的最大超调量将 （1）减小 （2）增加 （3）不变 （4）不确定,13在单位斜坡输入信号作用下，II型系统的稳态误差 ess= 。,14衡量控制系统动态响应的时域性能指标包括 和 性能指标。,15分析稳
12、态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统，这是按开环传递函数中的 环节数来分类的。,16二阶系统的阻尼系数= 时，为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。,19在01,=0,1三种情况下，试简述标准二阶系统的单位阶跃响应的特性。,17一阶系统 的单位冲激响应为 。,18稳态误差的定义,0,动态,稳态,积分,0.707,20系统稳定性是指系统在扰动消失后，由初始 状态恢复到原来的 状态的性能。,21在复域中，控制系统稳定的充分必要条件是什么？,22系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 （1）充分条件 （2）必要条件 （3）充分必要条件（4）以上都不是,23试
13、解释线性控制系统稳定性，并说明系统稳定的充分必要条件是什么？,偏差,平衡,24. 如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量,( )。 A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不定,25设一负反馈控制系统的方框图如图所示，受控对象的数学 模型 ，输入信号为单位阶跃函数 。求 动态性能指标 、 、 。（取 ）,解：,26设单位负反馈控制系统的开环传递函数为 试求： （1）输入信号为 时系统的动态性能指标 、 （2）输入信号为 时系统的稳态误差ess 。,解 (1),(2),27设单位负反馈控制系统的开环传递函数为： 。 试求：（1）系统的速度误差系数Kv ； （2）输入信号为 时，求系统的
14、稳态误差ess 。,解 (1),(2),28、已知系统结构图如下图所示，单位阶跃响应的超调量16.3，峰值时间tp1 sec。试求： (1) 开环传递函数G(s)； (2) 闭环传递函数(s)； (3) 根据已知性能指标 及tp确定参数K及； (4) 计算等速输入(恒速值R=1.5)时系统的稳态误差。,即有,又因为,解,29、某控制系统结构图如下，图中G(s)的单位阶跃响应为 8/5（1-e-5t)，若r(t)201（t），求系统稳态输出c（）、 超调量及过渡过程时间ts和系统稳态误差ess。,解,即,30、系统结构图如下。 （1）已知G1(s)的单位阶跃响应为1-e-2t，试求G1(s)；
15、（2）当G1(s)=1/（s+2），且r（t）=101（t）时，求： 系统的稳态输出； 系统的峰值时间tp，超调量%，调节时间ts和稳态误差ess； 概略绘制系统输出响应c（t）的曲线。,（例题24之同类例题）,31、单位反馈的二阶系统，其单位阶跃输入下的系统响应如图所示。要求： 1）、确定系统的开环传递函 数G（s）。 2）、求出系统在单位斜坡输 入信号作用下的稳态误差ess。,解,1、因为,2、由于,又因二阶系统稳定，故有系统的速度静态误差系数为,所以,32已知系统的特征方程为 ，用劳斯判据判断系统的稳定性。,解：列写劳斯表,据劳斯判据,系统要稳定必须第一列系数都大于零条件，而该系统第一列系数出现了负元素，所以系统不稳定。,33已知系统的特征方程为 ，求能使系统稳定的K值范围。,解：列写劳斯表,据劳斯判据,系统要稳定必须第一列系数都大于零,且 K0,解得：K0.41,有,系统稳定的K值范围是： K0.4
