机械工程控制基础复习.ppt

机械工程控制基础 主讲教师 叶春生 csye Tel 027 87558370 华中科技大学材料学院 机械工程控制基础 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控制系统的时域分析法第四章频域分析法第五章控制系统的稳定性第六章控制系统的校正 第1章绪论 1 1引言1 2几个定义1 3控制论的研究对象与任务1 4反馈1 5系统的几种分类及对控制系统的基本要求1 6控制理论发展的简单回顾1 7本课程的特点与学习方法 控制理论 闭环控制系统 对控制系统的基本要求 第二章系统的数学模型 2 1系统的微分方程2 2相似原理2 3传递函数2 4系统的传递函数方框图及其简化2 5反馈控制系统的传递函数 数学模型 2 3传递函数 传递函数为 传递函数 线性定常系统 零初始条件下 系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比 称为该系统的传递函数 简称传函 数学表达式为 建立系统动态结构图 1 按电路理论求 典型函数的传递函数 RC网络 若要求以每个电路元件为环节画出方块图 再求传函 则须建立系统动态结构图 复习 例2 化简下图所示的多回环系统 复习 例3 复习 例3 复习 例3 第三章控制系统的时域分析法 3 1时间响应及其组成3 2典型输入信号3 3一阶系统3 4二阶系统3 5高阶系统的响应分析3 6系统的误差分析与计算 典型输入信号 典型环节 能推导有关的公式 二阶系统的性能指标定义 超调量 调整时间 单位阶跃响应进入到使下式成立所需时间 峰值时间 单位阶跃响应达到第一个峰值所需时间 振荡次数N 在调整时间内响应过程穿越其稳态值次数的一半定义为振荡次数 一般取 一般取 计算举例 1 计算举例 2 稳态误差 第四章线性系统的频域分析 4 1基本概念4 2频率特性的Nyquist图4 3频率特性的Bode图4 4系统的频域特征量4 5最小相位系统与非最小相位系统 基本概念 频率特性是研究自动控制系统的一种工程方法 应用频率特性可以间接地分析系统的动态性能与稳态性能 频率特性法的突出优点是组成系统的元件及被控对象的数学模型若不能直接从理论上推出和计算时 可以通过实验直接求得频率特性来分析系统的品质 其次 应用频率特性法分析系统可以得出定性和定量的结论 并且有明显的物理意义 在应用频率特性法分析系统时 可以利用曲线 图表及经验公式 因此 用频率特性法分析系统是很方便的 典型环节的乃氏图的绘制 1比例环节 2积分环节和微分环节 3惯性环节和一阶环节 4一阶微分环节 证明 写出实部与虚部各自的参量方程如下 5高阶系统的开环频率特性 5高阶系统的开环频率特性 5高阶系统的开环频率特性 6高阶系统的Nyquist图 1比例环节 典型环节的BODE图的绘制 2积分环节 3惯性环节 4振荡环节传函 4振荡环节公式 5其他环节 1 6其他环节 2 已知系统的开环传递函数试绘制系统开环幅相特性与对数频率特性 解 惯性环节的交接频率为 例题 找渐近线 则 乃氏图 伯特图 复习 例 如何求闭环系统 系统的主要性能指标 闭环频域指标 1 零频幅值M0 0时闭环幅值 2 谐振峰值Mr 闭环幅频最大值 3 谐振频率 r 谐振峰值时频率 4 系统带宽 b 闭环幅值减小到0 707M0时的频率 0 b 称为系统带宽 5 剪切率 M 在 b处的斜率 反映了系统的抗干扰能力 斜率越大 抗干扰能力越强 通常用Mr和 b 或 r 作为闭环系统的频域动态指标 第五章系统的稳定性 5 1系统稳定性的初步概念5 2Routh稳定判据5 3Nyquist稳定判据5 4Bode稳定判据5 5系统的相对稳定性 劳斯阵列 Routh判据的应用 复习 例 乃氏判剧 形式 闭环系统稳定的充要条件是 当由变到时 系统的开环频率特性按逆时针方向包围 1 j0 点P周 P为位于s平面右半部的开环极点数目 否则 系统不稳定 1形式 乃奎斯特稳定判据和系统的相对稳定性 稳定裕度 乃奎斯特稳定判据和系统的相对稳定性 稳定的系统 为正 第六章控制系统的综合与校正 1基本概念2超前校正参数的确定3滞后校正参数的确定4滞后 超前校正参数的确定5用希望对数频率特性确定校正参数6反馈校正参数的确定 常用的超前校正元件 例设某控制系统不可变部分的开环传递函数为要求系统具有如下性能指标 1 系统型别 2 开环增益