自动控制理论总结.ppt

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1、第一章概述基本原理（知识点）1.自动控制在无人直接参与情况下，利用控制装置使被控对象的被控量自动的按预定规律变化。2.负反馈控制原理将输出量引回输入端,与输入比较,利用所得偏差进行控制,使偏差减小或消除。3.术语(1)被控对象被控制的机器、设备或生产过程。(2)被控量描述被控对象工作状态的物理量。(3)给定量对系统输出量的希望值。(4)扰动量对输出量有不利影响的输入量。4.基本控制方式开环控制、闭环控制、复合控制。5.控制系统的组成6.基本分类(1)线性与非线性系统的分类(2)按给定输入形式分类恒值、随动、程序控制系统。7.对控制系统的基本要求要求输

2、出等于给定输入所要求的期望输出值；要求输出尽量不受扰动的影响。衡量一个系统是否完成上述任务，把要求转化成三大性能指标来评价：稳定—系统的工作基础；快速、平稳—暂态过程时间要短，振荡要小。准确—稳态精度要高，误差要小。二.基本要求（考点）1.基本概念2.掌握系统的工作原理，正确判别系统的控制方式。3.掌握由系统工作原理图绘方框图的方法。第二章自动控制系统数学模型基本概念传递函数(1)定义在线性定常系统中，初始条件为零时，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。(2)性质①G(s)仅适用于初始条件为零的线性系统。②G(s)只描述系统的输入、输出特性。③G(s

3、)只与系统自身的结构、参数有关，与输入、初始条件无关。④G(s)中总是n≥m。⑤G(s)＝L[g(t)](3)G(s)的求取①由微分方程②由有源、无源电网络2.结构图（方框图）(1)等效变换(2)由方框图求闭环传递函数(3)系统的典型传递函数3.信号流图(1)术语源(汇)节点，前向通路，回路，不接触回路。(2)Mason公式PK—第K条前向通路的增益△K—第K条前向通路的余子式△=1-∑L1+∑L2-∑L3+…+(-1)m∑Lm微分方程传递函数方框图信号流图四种模型之间的转换关系二.基本要求(考点)(1)掌握传递函数的定义和性质；(2)掌握用拉氏变换

4、解微分方程的方法；(3)明确结构图与信号流图的关系；(4)熟练运用梅逊公式求传递函数。第三章时域分析法一.基本概念稳定性(1)定义在扰动消失后，系统能否回到原来平衡状态的性能。(2)条件①必要条件特征方程系数均为正，即ai>0(i=0,1···n)②充要条件闭环特征根均为负实部，即Re(si)<0(3)代数稳定判据①劳斯判据若劳斯表中第一列元素严格为正，则系统稳定。若第一列元素有符号变化，则符号改变次数等于右根个数。②赫尔维茨判据系统稳定的充要条件是在a0>0条件下，各阶主子行列式Di>0（i＝1，2···n）。稳定性只与系统自身结构参数有关，而与初

5、始条件、外作用大小无关。稳定性只取决于系统闭环极点，而与系统零点无关。2.误差及稳态误差误差的两种定义从输出端定义误差e(t)=c0(t)-c(t)从输入端定义偏差e(t)=r(t)-b(t)①单位反馈系统e(t)=e(t)②非单位反馈系统E(s)=H(s)e(s)(2)稳态误差定义稳定系统误差的终值。终值定理的应用条件:sE(s)在右半s平面及虚轴上(原点除外)解析。即sE(s)的极点均在左半s平面(包括坐标原点)。只有对稳定的系统计算稳态误差才有意义！(3)ess的计算①静态误差系数法针对三种输入信号②用终值定理③动态误差系数法(4)影响ess的

6、因素型号n、开环增益k、输入r(t)。(5)减小ess的措施①在扰动作用点之前的前向通路上增大k,设值积分环节，可同时减小r(t)、n(t)作用下的esr、esn。②采用按给定补偿（或扰动补偿）的复合控制。3.系统暂态性能指标(1)一阶系统①数学模型②特征参数T与暂态指标关系一阶系统时域分析单位脉冲响应g(0)=T1g’(0)=T12无零点的一阶系统(画图时取k=1,T=0.5)一阶系统时域分析无零点的一阶系统(画图时取k=1,T=0.5)单位阶跃响应h(t)=1-e-t/Th’(0)=1/Th(T)=0.632h(∞)h(3T)=0.95h(∞)h

7、(2T)=0.865h(∞)h(4T)=0.982h(∞)一阶系统时域分析无零点的一阶系统(画图时取k=1,T=0.5)单位斜坡响应c(t)=t-T+Te-t/TT(2)典型二阶系统①数学模型②根的分布与h(t)的关系z＞1z＝10＜z＜1z＝0不同z时,特征根的分布j0j0j0j0j0jz＞1z＝10＜z＜1z＝00jj0j0j0jz＞1z＝10＜z＜1z＝00jj0j0过阻尼临界阻尼欠阻尼零阻尼③④附加闭环零点对系统性能的影响⑤附加闭环极点对系统性能的影响(3)高阶系统1)偶极子:零、极点之间的距离比它们的幅值小一个数量级。零、极点可抵消。2)闭

8、环主导极点:①距虚轴较近,且附近没有其它的闭环零点与极点。②其实部的绝对值应比其它极点的实部绝对值小五倍以上