自动控制原理课程总结.ppt
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1、自动控制原理张凤霞光电工程学院自动控制原理课程自动控制原理课程重点内容重点内容基本概念;基本概念;系统分析方法(时域法、根轨迹法、系统分析方法(时域法、根轨迹法、 频率特性法);频率特性法);系统综合方法(系统综合方法(PID、串联校正)串联校正) 自动控制原理自动控制原理Principles of Automatic ControlPrinciples of Automatic Control1.从元件的功能分类,控制元件的主要类型从元件的功能分类,控制元件的主要类型2.定值控制系统、伺服控制系统和程序控制系统定值控制系统、伺服控制系统和程序控制系统 3.开环系统和闭环系统开环系统和闭环系统
2、 4.线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统 5.对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求 6.适合应用传递函数来描述的系统:适合应用传递函数来描述的系统: 单输入,单输出的线性定常系统单输入,单输出的线性定常系统7.系统的校正:串联校正系统的校正:串联校正超前、滞后和滞后超前补偿网络超前、滞后和滞后超前补偿网络8.稳定判据:劳斯判据、稳定判据:劳斯判据、 Nyquist判据判据-系统稳定的充要条件系统稳定的充要条件基本概念基本概念 自动控制自动控制是指在没有人的直接参与的情况下,是指在没有人的直接参与的情况下,利用自动控制装置利用自动控制装置(控制器)(控制器)使工作对象使工作对象(被控对
3、象)(被控对象)自动地按照预先规定的规律运行,或使它的某些物理量自动地按照预先规定的规律运行,或使它的某些物理量(被控量)(被控量)按预定的要求变化。按预定的要求变化。第一章自动控制概述自动控制理论的发展自动控制理论的发展自动控制系统的基本组成和自动控制系统的基本组成和分类分类线性、非线性线性、非线性开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求2.2.1 1 控制系统的时域数学模型控制系统的时域数学模型列写控制系统的微分方程列写控制系统的微分方程控制器控制器执行机构执行机构对象对象传感器传感器输入输入输出输出各环节微分方程各环节微分方程各环节传递函数各环
4、节传递函数系统传递函数系统传递函数第二章 系统的数学模型传递函数的性质传递函数的性质:(1) 与输入信号的大小和形式无关(完全取决于系统本身的结构参数);与输入信号的大小和形式无关(完全取决于系统本身的结构参数);(2) 只适用于单输入、单输出的线性定常系统;只适用于单输入、单输出的线性定常系统;(3) 是系统的外部描述是系统的外部描述,不能反映内部变量特性;不能反映内部变量特性;(4) 不能反映非零初始条件下的系统的运动(只是零状态响应);不能反映非零初始条件下的系统的运动(只是零状态响应);(5) 与脉冲响应一一对应。与脉冲响应一一对应。系统的传递函数与系统的微分方程是一一对应的系统的传递
5、函数与系统的微分方程是一一对应的传递函数传递函数 基本环节及其传递函数基本环节及其传递函数)()(trtc)()()(2)(222trtcdttdcTdttcdT典型环节的微分方程典型环节的微分方程(1) 比例环节比例环节 c(t)=kr(t)(2) 惯性环节惯性环节 Tdc(t)/dt+c(t)=r(t)(3) 积分环节积分环节 Tdc(t)/dt=r(t)(4) 一阶微分一阶微分 c(t)=r(t)+Tdr(t)/dt(5) 二阶微分二阶微分(6)振荡环节振荡环节 (7)延迟环节延迟环节)(d)(d2d)(d)(222trttrttrtc传递函数传递函数11)()()()2(TssRsCs
6、GsKTssRsCsG1)()()() 3(2222)()6(nnnsssG1)()4( TssG12)()5(22sssGsesG)()7(特征方程特征方程特征根特征根传递函数的极点传递函数的极点框图的变换规则:框图的变换规则: 对框图进行变换所要遵循的基本原则是对框图进行变换所要遵循的基本原则是等效原则等效原则,即对框图的任一部分进行变换时,即对框图的任一部分进行变换时,变换前后该部分的输入量、输出量及其相互变换前后该部分的输入量、输出量及其相互之间的数学关系应保持不变。之间的数学关系应保持不变。 控制系统的框图控制系统的框图框图的化简框图的化简框图的基本连接形式框图的基本连接形式串联串联
7、并联并联反馈反馈)(1sG)(2sGRC2C1)(1sG)(2sGRCG(S)H(S)第三章 线性控制系统的时域分析方法重点重点1、二阶系统时间响应及其动态性能指标计算、二阶系统时间响应及其动态性能指标计算2、线性系统稳定的充要条件及稳定判据(劳斯、线性系统稳定的充要条件及稳定判据(劳斯判据)判据)3、稳态误差计算、稳态误差计算(三个静态误差系数三个静态误差系数)一、典型输入信号3221)(.).( 121)(1)(.).( 1)(1)(.).( 1)(ssRtttrssRtttrssRttr单位阶跃函数单位阶跃函数单位斜坡函数单位斜坡函数单位加速度函数单位加速度函数单位脉冲函数单位脉冲函数正
8、弦函数正弦函数时域表达式复域表达式22)(.sin)(1)(.).()(sAsRtAtrsRttr二、系统时间响应的性能指标二、系统时间响应的性能指标 (a)动态性能指标动态性能指标 定义定义%5.%;2.st延迟时间上升时间峰值时间最大超调量调节时间(过渡过程时间过渡过程时间)%100)()()(cctcMppdtrtpt振荡次数NMp%)(或(b)稳态性能指标:稳态误差稳态性能指标:稳态误差三、一阶系统的时域分析(汇总)三、一阶系统的时域分析(汇总) )(1)()()(1tdttdttdttd由表可见输入信号之间的关系响应信号之间的关系TtTteTdted1)1 (TtTtedtTeTtd
9、1)(四、小结:二阶系统的单位阶跃响应 (不同阻尼比)1、随着阻尼比的减小,阶跃响应的随着阻尼比的减小,阶跃响应的振荡程度加重,振荡程度加重,=0时是等幅振荡时是等幅振荡2、过阻尼过阻尼 1,阶跃响应无振荡单,阶跃响应无振荡单调上升调上升,=1时的过渡过程时间最短时的过渡过程时间最短3、欠阻尼欠阻尼01 ,当,当0.40.8时,时,过渡过程时间比过渡过程时间比=1时的更短时的更短在控制工程中,通常都希望二阶系统工作在控制工程中,通常都希望二阶系统工作在在0.40.8 的的欠阻尼欠阻尼状态。状态。 ln5 . 111.5N 3%5 ln212N 4%2222pnspnspsdsttttTtN则有
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