自动控制原理知识点总结1-3章

精品文档 1欢迎下载 自动控制原理知识点总结 第一章第一章 1 自动控制 是指在无人直接参与的情况下 利用控制装置操纵受控对象 是 被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程 2 被控制量 在控制系统中 按规定的任务需要加以控制的物理量 3 控制量 作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星 也称控制输入 4 扰动量 干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量 也称扰动输入或干扰掐 入 5 反馈 通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端 与输入信号 相比较 反送到输入端的信号称为反馈信号 6 负反馈 反馈信号与输人信号相减 其差为偏差信号 7 负反馈控制原理 检测偏差用以消除偏差 将系统的输出信号引回插入端 与输入信号相减 形成偏差信号 然后根据偏差信号产生相应的控制作用 力 图消除或减少偏差的过程 8 自动控制系统的两种常用控制方式是开环控制和闭环控制 9 开环控制 控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点 开 环控制实施起来简单 但抗扰动能力较差 控制精度也不高 10 闭环控制 控制装置与受控对象之间 不但有顺向作用 而且还有反向联 系 既有被控量对被控过程的影响 主要特点 抗扰动能力强 控制精度高 但存在能否正常工作 即稳定与否的问题 11 控制系统的性能指标主要表现在 1 稳定性 系统的工作基础 2 快速性 动态过程时间要短 振荡要轻 3 准确性 稳态精度要高 误差要 小 精品文档 2欢迎下载 12 实现自动控制的主要原则有 主反馈原则 补偿原则 复合控制原则 第二章第二章 1 控制系统的数学模型有 微分方程 传递函数 动态结构图 频率特性 2 传递函数 在零初始条件下 线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输 入量的拉普拉斯变换之比 3 求传递函数通常有两种方法 对系统的微分方程取拉氏变换 或化简系统的 动态方框图 对于由电阻 电感 电容元件组成的电气网络 一般采用运算阻 抗的方法求传递函数 4 结构图的变换与化简 化简方框图是求传递函数的常用方法 对方框图进行 变换和化简时要遵循等效原则 对任一环节进行变换时 变换前后该环节的输 人量 输出量及其相互关系应保持不变 化简方框图的主要方法就是将串联环 节 并联环节和基本反馈环节用一个等效环节代替 化简方框图的关键是解除 交叉结构 即移动分支点或相加点 使被简化的环节中不存在与外部直接相连 的分支点和相加点 5 利用梅森 Mason 公式求传递函数 6 七个典型环节的传递函数 典 型 环 节 传递函数特点 比 例 环 节 K sR sC s G 输出不失真 不延迟 成比例地复现输入 信号的变化 即信号的传递没有惯性 惯 性 环 节 1 K G TssR sC s 其输出量不能瞬时完成与输入量完全一致 的变化 精品文档 3欢迎下载 积 分 环 节 s 1 G TsR sC s 输出量与输入量对时间的积分成正比 若 输入突变 输出值要等时间 T 之后才等于 输入值 故有滞后作用 输出积累一段时 间后 即使输入为零 输出也将保持原值 不变 即具有记忆功能 只有当输入反向 时 输出才反向积分而下降 常用积分环 节来改善系统的稳态性能 微 分 环 节 TsG sR sC s 输出与输入信号对时间的微分成正比 即 输出反映输入信号的变化率 而不反映输 入量本身的大小 因此 可由微分环节的 输出来反映输入信号的变化趋势 加快系 统控制作用的实现 常用微分环节来改善 系统的动态性能 振 荡 环 节 12T 1 G 22 TsssR sC s 若输入为一阶跃信号 则动态响应应具有 振荡的形式 时 滞 环 节 s esR sC s 1 eG s 输出波形与输入波形相同 但延迟了时间 时滞环节的存在对系统的稳定性不利 7 系统的开环传递函数 闭环传递函数 误差传递函数系统的反馈量 B s 与误差信号 E s 的比值 称为闭环系统的开环传递函数 系统的闭环传递函 数分为给定信号 R s 作用下的闭环传递函数和扰动信号 D s 作用下的闭环 传递函数 系统的开环传递函数 sHsGsHsGsG s s G 21k E B s 系统的闭 环传递函 数 给定信号 R s 作 用 设 D s 0 sHsG sG sHSGsG sGsG s s 11R C s 21 21 精品文档 4欢迎下载 扰动信号 D s 作 用 设 R s 0 sHsG sG sHSGsG sG s s d 11D C s 2 21 2 给定信号 R s 作 用 设 D s 0 sHsGsHSGsGs s er 1 1 1 1 R E s 21 系统的误 差传递函 数 扰动信号 D s 作 用 设 R s 0 sHsG sHsG sHSGsG sHsG s s ed 11D E s 2 21 2 第三章第三章 1 上升时间 指系统响应从零开始 第一次上升到稳态值所需的时间 r t r t 2 峰值时间 指系统响应从零开始 第一次到达峰值所需的时间 p t p t 3 超调量 平稳性 指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分 比 4 调节时间 快速性 指系统响应应从零开始 达到并保持在稳态值的 s t s t 5 或2 误差范围内 即响应进入并保持在5 或2 误差带之内所 需的时间 5 稳态误差 稳态误差指系统期望值与实际输出的最终稳态值之间的差值 ss e 这是一个稳态性能指标 6 一阶系统的单位阶跃响应 从输入信号看 单位斜坡信号的导数为单位阶 跃信号 而单位阶跃信号的导数为单位脉冲信号 相应的 从输出信号来看 单位斜坡响应的导数为单位阶跃响应 而单位阶跃响应的导数是单位脉冲响应 由此得出 线性定常系统的一个重要性质 某输入信号的输出响应 就等于该输 出响应的导数 同理 某输入信号积分的输出响应 就等于该输入信号输出响 应的积分 7 二阶系统 阻尼比 值越大 系统的平稳性越好 超调越小 值越小 精品文档 5欢迎下载 系统响应振荡越强 振荡频率越高 当为 0 时 系统输出为等幅振荡 不能 正常工作 属不稳定 8 上升时间 由此式可得 r t 1sin 1 1t 2 r rd t t e C rn 其中 2 1 n d r t 2 1 arctan 9 峰值时间 根据的定义 可采用求极值的方法来求取它 得 p t p t 2 d1 n p t 10 超调量 100 2 1 e 11 调节时间 5 误差带 s t 68 0 3 n s t 2 误差带 76 0 3 n s t 当大于上述值时 可采用近似公式计算 7 145 6 1 n s t 12 稳态误差 ss e n ss e 2 13 在系统稳定的前提下 主要分析系统的动态性能和稳态性能 动态性能包 括平稳性和快速性 稳态性能是指准确性 14 平稳性 主要有决定 平稳性越好 当 0 时 系统等幅 振荡 不能稳定工作 一定时 系统平稳性变差 dn 15 快速性 当 n一定时 若较小 则 而当 0 7 之后又有 s t 即太大或太小 快速性均变差 s t 精品文档 6欢迎下载 16 准确性 的增加和的减小虽然对于系统的平稳性有利 但将使得系统 n 跟踪斜坡信号的稳态误差增加 17 系统稳定的充要条件 系统的所有特征根的实部小于零 其特征方程的根 部都在 S 左半平面 18 劳斯判据 若特征方程式的各项系数都大于零 必要条件 且劳斯表中第 一列元素均为正值 则所有的特征根均位于 s 左半平面 相应的系统是稳定的 否则系统不稳定 且第一列元素符号改变的次数等于该特征方程的正实部根的 个数 19 系统的开环传递函数一般表达式为 mn Ts K sHsG vn j j v m i i 1 1 1 1 K 为系统的开环增益 即开环传递函数中各因式的常数项为 1 时的总比例系数 为时间常数 v 为积分环节的个数 由它表征系统的类型 或称其为系 i j T 统的无差度 20 系统的稳态误差可表示为 v N s ssr S K S A se 1 lim 0 21 给定信号作用下系统稳态误差 ssr e 系 统 型 号 阶跃信号输入 0 R R s s 速度信号输入 0 2 v R s s 加速度信号输入 0 3 a R s s 稳 态 误 差 p K R 1 e 0 ssr v 0 ssr v e K a 0 ssr a e K 精品文档 7欢迎下载 静态位置误差系数 p K静态速度误差系数 v K 静态加速度误差系数 a K v s S K 0 p limK 1 0 v limK v s S K 2 0 a limK v s S K 0 0 1 p R K 0 0 v v K 00 0 a a K 22 稳态误差是衡量系统控制精度的性能指标 稳态误差可分为 由给定信号 引起的误差以及由扰动信号引起的误差两种 稳态误差也可以用误差系数来表