自动控制原理复习.ppt

，考试时间：12月26日考试地点：东4附例201考试表：肺卷，大问题计算器，铅笔，橡皮，2020/5/28，自动控制没有人直接参加，自动控制对象或过程按照规定的规律自动执行。自动限制系统是允许自动控制由控制目标和控制设备组成的受控对象的操作状态的系统。2020/5/28，控制：系统输出是测量和控制的度量或状态控制。也称为操作量，控制器变更的测量或状态影响控制(通常是系统的输出)的值会影响系统，以测量系统的控制值，修改或限制超出测量值期望值的参考输入。此处的信号(使系统具有预期性能或预期输出)表示给定输入、给定值、预期输出等反馈。也就是说，转换系统(或链接)的输出量，并作为系统(或链接)的输入处理。2020/5/28，偏差：给定输入与主反馈的差异错误：系统输出量的实际值与希望值的差异系统希望值是理想化系统的输出，实际上很难到达，因此作为与控制输入具有一定比例关系的信号，在单位反馈情况下，希望值是系统的输入量，误差等于偏差量扰动。对系统输出量产生不利影响的信号干扰发生在系统内部，据说内部干扰发生在系统外部。外部扰动也是系统的输入量调节量和扰动。通过调整控制量，控制量可以按照所需的规律变化，影响控制量的变化，但不能控制。自动控制系统分析确定系统功能系统做什么，典型的故障诊断确定由系统功能控制的量和控制的对象，一个值对象是一个对象，事物“表示”值，通过系统功能确定输入量输入量，使输入量与输出量相关，或者以类似特性的量或其他形式表示，但通过转换可以获得输出控制。控制(可以通过更改系统参数来更改其值)通过调整调整调整量，按预期更改控制量，可以修改或限制度量对预测的偏差控制量，从而自动控制与基准输入密切相关或在某些情况下具有相同值的系统分析扰动。影响受控体积块更改，非受控扰动通常只在受控对象上创建连接控制器。将所有部分(受控对象除外)适当地组合到受控对象中以执行特定操作通常包括反馈部分，如测量元件、比较元件和执行元件。测量输出值，与输入相比，将大多数情况与输入和输出直接连接，2020/5/28，自动控制系统示例，系统功能：级别控制系统控制对象：级别高度控制对象：池参考输入：设置水位希望(点a的位置)控制量：设置水位希望(点a的位置)扰动按给定值的开环控制干扰补偿的开环控制偏差的闭环控制复合控制：闭环反馈基础、开环补偿辅助、恒值系统伺服系统程序控制系统、运动控制系统过程控制系统、温度控制系统压力控制系统位置控制系统、1.3控制系统分类、2020/5/28、控制系统分析系统输出量和反馈量总是改变输入量产出量总是经过一定的时间过渡过程，从原始平衡状态到新的平衡状态：在输入量的作用下，系统的产出量从初始状态到最终正常状态的中间变化过程，也称为过渡过程，动态过程，转换过程正常状态过程：转换过程结束后的输出响应，2020/5/28，过渡过程特性：以下(a)，(a) (c)发散振动；(d)，(e)收敛振动；(f)等角振动。、2020/5/28，控制系统的要求3360稳定性(稳定)是确保控制系统正常运行的前提条件。有快速(快速)动态性能，指标。准确度(准)正常状态(转换结束后)值应尽可能与预期一致。2020/5/28，微分方程(或差分方程) (时域)传递函数(或结构图) (复合域)频率特性(频域)状态空间表达式(或状态模型)，常规数学模型，2020/5y(n)(t)an-1y(n-1)(t)a00y(t)=bmx(m)(t)BM-1x(m-1)2、从输入开始，按照信号传递顺序，根据每个变量遵循的物理规律，打开每个分量的动态方程，一般是微分方程组；3，去掉中间变量，写出输入和输出变量的微分方程。4、微分方程标准化。建立微分方程的一般步骤：电气系统基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律机械系统牛顿第二定律牛顿旋转定律，2020/5/28，例:写RLC串联电路的微分方程，并用替代：这是线性正规二阶微分方程。，研究控制系统恒定输入下的输出变化量线性方程的解法：Laplace变换方法将时域的函数转换为s域的复杂函数传递函数：无需求解线性方程，合理分数：0极格式时间常数形式，基本链接：比例积分惯性振动微分延迟，简化方块图结果传递函数3354焦点方块图由函数方块、信号线、相位点、分支点等组成函数框：表示包含元件或系统中记录的传递函数的信号的数学转换。信号线：指示信号传递路径和方向。加分(比较点):两个或多个信号加、减、加“-”减。分支点(引出点):指示信号发生或测量的位置。来自相同位置的信号数值和特性是相同的。原则：转换前后的输入、输出量及其数学关系保持同一链路的合并：并行(加)、串行(乘)、反馈连接(注意负反馈和正反馈)信号分支或相位的移动相向前、向后、相邻相位向前位置交换或合并分支、相同信号分支位置交换相位添加和分支2)信号从分支沿箭头单向传播。3)分支对应于乘法器，当信号通过分支时，乘以分支增益，转换为其他信号。4)对于给定系统，信号流程图不是唯一的。信号流程图“缩写的”原理图(结合可组合的分支点和加分)通过在结构图的“干线”上的分支点、相位点和输入输出数绘制节点，并将每个节点表示的变量连接成段，来显示每个段的分支增益。将结构图的“反馈”或“净馈”分支定期切换到信号流程图。信号流程图示例，2020/5/28，梅森公式没有简化信号流程图，而是直接求出从输入节点到输出节点的总传输(即，表达式为：样式：总传输(即，总传输函数)。从输入节点到输出节点的正向通道总数；k第一正向通道的总传输；流程图特征；2020/5/28，特征：2020/5/28，通过梅森公式计算传递函数的步骤：查找循环计数，编写循环增益表达式以确定循环接触情况，根据以下计算创建正向通道增益，编写正向通道增益以确定正向通道和循环接触，梅森确定系统对正弦输入的响应，线性系统分析，线性系统的时域分析一般输入信号：阶跃、斜坡、加速度、脉冲阶跃信号：拉普拉斯转换后的图像函数如下： 线性系统的时域分析切换过程：系统从一般输入信号到最终状态的系统输出量的响应过程。也称为动态过程，过渡过程。稳态过程：当系统充当一般输入信号，时间t变得无限时，系统达到新平衡状态时系统出口量的表示。性能指标分为动态指标和稳态指标。时间响应性能指标、阶段响应衡量系统控制性能的优缺点，以及定义系统的时间区域性能指标。稳态性能指标：表征系统控制准确性的性能指标。正常状态错误ess说明。动态性能指标：表征系统响应的快速性和阻尼。包括：反应系统响应的初始快速性；反映系统响应的整体快速性。说明系统响应的稳定性或阻尼程度。，一阶数学模型传递函数，二阶数学模型二阶阶跃响应动态性能指数，欠阻尼状态-一阶二阶数学模型传递函数结构图，其中 n-自然频率；-阻尼比。着重于欠阻尼二次系统(00)，不缺少特征方程。(必要条件)rols阵列的第一个资料栏全部是正数。(充分条件)，第一列中系数符号的更改次数表示特征表达式的正实际根数。1)行的第一列项目为0，其馀的不为零，或者全部不为零。将原始特征方程式(其中a是任意正数)乘以系数(s a)，或使用非常小的正数而不是零元素，然后将扭转准则套用至新特征方程式。2)当整行0出现在laus表中时，使用前一行的系数构建辅助公式，获得辅助公式的指南，并用结果公式的系数替换整行0。将系统特性方程设置为S4 2s3 S2 2s 2=0，使用laus稳定性标准确定系统的稳定性，确定右侧半平面根的数量。解决方案：列出Strauss表s4112 s 3220s 2(零替换)2s 12-4/s02，第一个元素行的符号更改了两次，表明系统不稳定，s的右半平面上有两个极点。系统特性方程式为S6 2s 5 6s 4 8s 3 10s 2 4s 4=0；设定s 4=0；使用laus稳定性标准判断系统的稳定性。解法(1)列示Strauss表格s616104 s 5284次要多项式A(s)s3000的系数，(2)建立次要方程式A(s)=2s4 8s2 4A(s)/ds=8s3 16s，其中第一个元素栏全部为正数阵列显示为全零线，系统不稳定。综合来看，系统具有临界稳定性(有共轭纯虚拟根)。(3)用衍生系数替换整行零的元素，并继续列出Strauss表(s 61616104s 5284s 4284s 3816 da(s)/ds的系数s244s18s04)，以便辅助表达式连接纯虚拟根。s2=y，a (s)=2 s4s2 4=2 (y2 4y2)=0，laus基准示例问题，正常状态错误：错误信号的正常状态组件的最终值的正常状态错误计算方法：使用最终值清理的条件：sE(s)的极值已知单位负反馈系统的开环传递函数，位置误差系数，速度误差系数，加速度误差系数解决方案：通过解析公式知道，2) r (t)=1参考2t 3t 2时系统稳态误差解决方案：可跟踪的2型系统，线性系统的频域分析频率2020/5/28，2，频率特性表示方法，频率特性表示方法极轴图(奈奎斯特，振幅-相位-频率特性曲线)开环频率特性的实际部分是笛卡尔坐标，虚拟部分是纵坐标，基准变量的振幅和相位的图解表示代数坐标图(伯德) Naiquist曲线在实际轴上对称。开环系统极轴频率特性以或形式打印开环系统的频率特性，可以在不同的计算或复合平面上得到不同的点，用曲线连接。2020/5/28，示例5-1开环系统的频率特性是列出实际和虚拟频率特性的表达式。画年龄的画的时候。解决方案：2020/5/28，当时，通过寻找一些特殊的点(例如，实际、与虚拟轴的交点等)，可以大致绘制出年龄的图片。为了比较准确，可以再计算几分。2020/5/28，相角：可以使用上述信息粗略地绘制年龄的图片。，对于，相位角度为2020/5/28，2020/5/28，对于，相位角度为，对于，Bode图(对数频率坐标)水平坐标为频率，纵坐标为幅度和角度水平坐标，可以将值作为频率进行渐变。每个线性单位表示频率的10倍波动幅度-频率特性曲线的纵坐标表示以度或弧度为单位的线性梯度。一般链路频率特性摘要，2020/5/28，绘制开环系统的对数坐标频率特性-焦点，系统的开环传递函数一般由一般链路组成。相应的开环频率特性包括：开环日志幅频特性：相位-频率特性：结论：开环日志频率特性等于相应基本链路对数频率特性的总和。2020/5/28，绘制开环代数幅频特性的步骤：(1)将开环传递函数写为与基本链路相乘的形式。(2)计算每个基本链接的转折频率，并在横轴上显示。(3)以最低转折频率绘制的低频面积图。(4)延伸按低频到高频顺序绘制的直线或折线图形。在每种转折频率下，如果细分线发生转折，则线的斜度必须将相应主要连结的斜度加入至原始值。每条折线必须显示斜率。(5)如果需要，可以在折弯频率下修改折线。振幅频率曲线由折线(渐近线)组成，折线在折弯频率上改变斜率。2020/5/28，典型近似对数幅频曲线具有以下特征：最左侧端线的坡率为-20vdB/dec。其中，v取决于积分链路数(其他链路的低频渐近斜率为0，差分链路的20 vdb/dec)中最左侧端线或延长线的分贝值(影响最左端的是积分链路、微分链路和比例链路、积分链路、微分链路的分贝值，以及曲线在0)传递频率下的斜率变化程度，例如减少到。振动链接后，斜率降低到40dB/dec。2020/5/28，2，低频渐近：倾斜，过点(1，20)。3，鸟图与右侧图相同：解决方案:2020/5/28，红线渐近，