控制工程基础----第一章控制原理拉氏变换

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1、第一章概述第一节课程内容概述一、控制理论的组成1、经典控制论：针对单输入一一单输出系统；拉氏变换；线性系统。2、现代控制论：多输入一一多输出系统；状态空间法；线性及非线性系统。离散系统的设计、分析、系统优化、系统智能化控制。二、授课内容1、控制系统的工作原理、系统组成、系统分类；2、系统数学模型的建立。包括微分方程、传递函数、频率特性。3、系统性能分析。包括系统的稳定性分析；稳态误差分析；时间响应分析;4、系统综合。5、Matlab软件及其在控制系统辅助设计中的应用。三、学习本课程的目的1、掌握自动控制系统的工作原理。2、建立系统动态特性的概念。3、掌握控制系

2、统的设计及分析的方法。4、为后续课程打下基础。(信号与系统、传感器、精密测量等)2012年9月11H起，共18次，单周1次课，双周2次课。第二节控制系统的工作原理一、系统工作原理1、举例

3、?(1)恒温控制系统(controlsystem)u系统如图所示f—放大电动机减速器系统组成：恒压源，热电偶，放大转换元件，电动机，减热阻丝。系统工作过程：速器，分压器，Ui放大转换+电动机—分压器热阻丝TI—►热电偶与人工控制的比较：人工控制：观察，比较，调节。自动控制：检测，比较，调节。两者工作过程相比较，不难发现，其过程都需要将当前的温度与要达到的R标温度相比较，再根掘

4、比较的结果决定调节的过程，这一过程就是反馈（feedback）过程。所以控制是基于反馈实现的。无论人工控制，还是自动控制都是如此。•自动控制系统的工作原理：系统的输出能返回系统的输入，与输入相比较，得到具有大小和方向的偏差信号，根据偏差信号的大小和方向对系统的输出进行调节。系统根据偏差信号的大小和方向对输出的调节，其目的是消除偏差。（2）数控伺服系统数控伺服系统是较典型的计算机控制系统。A前计算机控制数控伺服系统有无反馈和有反馈两种形式，其中，有反馈的又包括半闭环和全闭环。如阁所示系统为全闭环系统。CNC插补指令位置控制单元际置馈实位反位置控制调速度控制单元•

5、-际度馈实速反检测与反馈单1—1兀i.1111111速度控制机械执行部件组成工作过程2、开环和闭环（1）开环：开环控制系统信号是单一流向的，其特点为:输入输出＞环节——►特点：无检测、无反馈、系统的控制精度取决于系统组成元件的精度。系统结构简单，易维护，造价低。无稳定性问题。(2)闭环：闭环控制系统的信号是封闭的，其特点为：环节环节输出特点：有检测，有反馈，系统的控制精度高。系统结构复杂，不易维护，造价高。存在稳定性问题。第三节系统的组成及分类一、系统的组成1、组成：给定元件，比较元件，检测反馈元件，放大转换元件，执行元件，控制对象，校正元件,辅助元件。2、基

6、本结构：给定元件＞比较元件_►校正元件放大转换元件―＞执行元件＞控制对象检测反馈元件＜一、稳定性：稳定性是反馈控制系统的首要问题，从系统的响应看，系统是否稳定，也就是说系统的输出能否跟随系统的输入，如果能跟随系统的输入，系统是稳定的，否则系统不稳定。StepResponseFrom:U(1)1.42084u)Ad.apnllldEVTime(sec.)准确性：控制精度指标。以稳态误差的大小衡量其控制精度。快速性：衡量系统从一状态到另一状态所需的时间。第二章拉普拉斯变换第一节拉普拉斯变换一、定义:二、典型信号的拉氏变换OOF(s[[/⑴]1、阶跃信号:OOOO-

7、Stdt=Ie_stdt-st2、脉冲信号:x(t)OOt=0一ht本o-01/TOOL[3(t)]=J3、t、e_stdtstdt-lim-st03、斜坡信ST号:=lim—HOSTlimer—>0-sL[t]=4、抛物线信号：R(t)=at5、正弦、余弦信号.•L[asincot]=acoL[acosax]as三、性质：i线性性质L[aJx(0+a2f2(0]=axFx(5)+a2F2(s)23L[2+3d=—+—2时域屮的位移定理:-TSL[，⑴]=F⑴L[f(t-r)]=F(s)e例2:方波信号的函数表达X(O=—[w(O-u(t-T)]x(t)T£[

8、x⑴]=-[---eTSS3、复域中的位移定理：l/TSTTSL[/⑴]=F(5L[f(t)e'at]=F(s+a例4:sm(ot=—[eJ-eJ]L[sincot]=匕卜1w2j^s-jcos+jof2js2+coco22S+694、微分性质:[[/⑴]=F（5）-/(O)“等W冲)-•)-，(0)⑷dnf(t、dtn若/(O)二0，/(0)=0，L[人"]=snF(s例5:已知5^2+6^2+>，(m)写出Y⑻賴式)，(o)=0,/(0)=o5、积分性质:6、初值定理:L[f⑴dt}=)7、终值定理:练〉J:limf⑴0limsF(s4oolim/⑴

9、>oo=limsF(ss>01、求L氏