教学教案自动控制原理复习提纲.ppt

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1、自动控制原理复习提纲2011.12一复习要点第一章自动控制的一般概念第二章控制系统的数学模型第三章线性系统的时域分析第四章线性系统的根轨迹法第五章线性系统的频域分析法第六章线性系统的校正方法第七章线性离散系统的分析第一章自动控制的一般概念1）自动控制系统2）开环控制方式、闭环控制方式、反馈控制3）自动控制系统的分类4）控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性按控制方式分：开环控制、闭环控制（反馈控制）、复合控制按元件类型分：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统按系统功用分：温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统按系统性能分

2、线性系统、非线性系统连续系统、离散系统定常系统、时变系统确定性系统、不确定性系统按参据量变化规律分恒值控制系统、随动系统、程序控制系统自动控制系统的分类第二章控制系统的数学模型§2-1控制系统的时域数学模型§2-２控制系统的复域数学模型传递函数概念与性质§2-３控制系统的结构图及其等效变换掌握系统方块图化简方法§2-4信号流图与梅森公式熟练掌握用梅森公式化简系统的传递函数拉氏变换和拉氏反变换是工具§3-1系统时间响应的性能指标§3-2一阶系统的时域分析§3.3二阶系统的时域分析§3.4高阶系统的时域分析§3.5线性系统的稳定性分析§3.6线性系统的

3、稳态误差计算第三章控制系统的数学模型系统时间响应的性能指标控制系统的时域性能指标:1）五种典型输入信号2）动态性能指标：上升时间峰值时间调节时间超调量延迟时间3）稳态性能指标稳态误差一阶系统的时域分析单位阶跃响应由于c(t)的终值为1，因而系统阶跃输入时的稳态误差为零。一阶系统的单位脉冲响应一阶系统的单位斜坡响应所以一阶系统跟踪单位斜坡信号的稳态误差为①一阶系统能跟踪斜坡输入信号。稳态时，输入和输出信号的变化率完全相同②由于系统存在惯性，从0上升到1时，对应的输出信号在数值上要滞后于输入信号一个常量T，这就是稳态误差产生的原因。③减少时间常数T不仅

4、可以加快瞬态响应的速度，还可减少系统跟踪斜坡信号的稳态误差。3.3二阶系统的时域分析二阶系统的数学模型－自然频率（或无阻尼振荡频率）－阻尼比（相对阻尼系数）-二阶系统的特征方程：极点位置特征根阻尼系数两个互异负实根一对负实重根一对共轭复根(左半平面）一对共轭虚根单位阶跃响应衰减振荡等幅周期振荡单调上升单调上升二阶系统时域指标2)峰值时间tp：3)最大超调量σ%：4)调节时间ts：1)上升时间tr：二阶系统极点与参数关系图0[s](1)平稳性主要由ξ决定ξ越大，σ%越小，平稳性越好；ξ=0时，系统等幅振荡，不能稳定工作。(2)快速性ωn一定时，ξ越小

5、，ts越大；ξ过大时，系统响应迟钝，调节时间ts也长，快速性差。2.结构参数ξ、ωn对单位阶跃响应性能的影响在控制工程中，ξ是由对超调量的要求来确定的；通常根据允许的最大超调量来确定ξ；ξ一般选择在0.4~0.8之间，然后再调整ωn以获得合适的瞬态响应时间；ξ=0.7，调节时间最短，快速性最好，而超调量%<5%，平稳性也好，故称ξ=0.7为最佳阻尼比。二阶系统性能的改善1.比例—微分控制闭环系统具有零点，可以使上升时间提前，阻尼增大，超调减小。2.测速反馈控制(1)速度反馈使ξ增大，振荡和超调减小，改善了系统平稳性；(2)速度负反馈控制的闭环传递

6、函数无零点，其输出平稳性优于比例—微分控制；(3)系统跟踪斜坡输入时稳态误差会加大，因此应适当提高系统的开环增益。(1)引入比例—微分控制，使系统阻尼比增加，从而抑制振荡，使超调减弱，改善系统平稳性；(2)零点的出现，将会加快系统响应速度，使上升时间缩短，峰值提前，又削弱了“阻尼”作用。因此适当选择微分时间常数，使系统具有过阻尼，则响应将在不出现超调的条件下，显著提高快速性；(3)不影响系统误差，自然频率不变。(1)如果所有闭环极点都在s平面的左半平面，则随着时间t→∞，c(∞)=a，系统是稳定的；(2)极点的性质决定瞬态分量的类型；实数极点—非周

7、期瞬态分量共轭复数极点—阻尼振荡瞬态分量（衰减系数pj、ξkk）系统极点分布对时域响应的影响(3)极点距虚轴的距离决定了其所对应的暂态分量衰减的快慢，距离越远衰减越快。系统零点分布对时域响应的影响(1)系统零点影响各个瞬态分量的相对强度，如果在某一极点附近存在零点，则其对应的瞬态分量的强度将变小。一对靠得很近的零点和极点其瞬态响应分量可以忽略。(2)如果闭环零点和极点的距离比其模值小一个数量级，则该极点和零点构成一对偶极子，可以对消，称之为偶极子相消。主导极点：假若距虚轴较远的闭环极点的实部与距虚轴最近的闭环极点的实部的比值大于或等于5，且在

8、距虚轴最近的闭环极点附近不存在闭环零点。这个离虚轴最近的闭环极点将在系统的过渡过程中起主导作用，称之为闭环主导极点。高阶系