自动控制原理复习课件.ppt

控制原理综述，内容：1，控制系统的基本概念2，控制系统的数学描述方法(1)微分方程-基本(2)传递函数(包括方框和信号流程图)-最常用的(3)状态方程-复杂系统3，说明控制系统的三大分析系统分析：静态特性和动态特性2，系统设计：根据要求的性能指标设计控制系统的基本要求：稳定性准确性：稳态误差小快速性：动态响应速度，短调整时间，小超额调整，一，自动控制系统的配置，控制对象：设定r:控制量u:输出量y 控制系统中通常采用负反馈方法、第二章控制系统的数学模型、主要内容：1、基本概念2*、描述系统动态模型的3种形式以及相互转换(1)微分方程(2)传递函数(包括方框和信号流程图)(3)状态方程3、设置数学模型的步骤以及简单对象的数学模型，2，动态进程和静态进程：(1)初始状态退出状态(2)静态响应(静态特性)t ，y () =2%。=5% (ts)，线性系统的方程是输入和输出x、y以及每个阶导数的线性形式。3，线性系统和非线性系统：根据描述系统方程的形式。线性系统的特性：可叠加性和均匀性(同质性)。本学期的研究主要是线性常数系统。(1)机理分析：(2)实验识别方法：第二，传递函数，初始条件为0的线性常数系统：输出的拉普拉斯转换与输入的拉普拉斯转换比率。定义：基本性质：微分清理，积分清理(初始条件0)，位移(延迟)清理，最终值清理，初始值清理，零值和极：典型连结传递函数：(1)比例连结：并行链接的总传递函数等于每个链接的传递函数的总和。3，反馈：G(s):正向通道传递函数，H(s):反馈通道传递函数，G(s)H(s):开环传递函数1 G(s)H(s)=单位反馈系统：负反馈：正反馈：方框图的等价变换规则：1，在没有函数框的分支中，相同特性的点可以交换，不同特性的点可以不交换。注意：(1)可以充分利用相同属性的点，以避免在不同属性之间交换点。(2)相加，如果杠杆必须越过长方体，则需要相应的转换，这两个交换定律是相反的。(3)交换后，使用字符串和反馈定律计算。2，添加拓扑后移动，乘以g；向前添加g。3、杠杆后移动，g除外；杠杆向前移动并乘以g。第四，信号流程图、信号流程图是表示系统各种参数关系的图形方式，使用梅森公式可以轻松找到系统的等效传递函数。梅森公式、总增益：信号流图特性，该特性是信号流图表示的方程的系数矩阵的决定因素。在同一信号流图中，无论得到的节点对之间的增益如何，分母总是只更改相应的分子。，表达式，从源节点到井节点的传递函数(或总增益)，从源节点到井节点的正向路径总数，从源节点到井节点的总k正向路径增益，-所有单独回路增益积的总和；-在所有互不接触的单个循环中，两个互不接触的循环增益的总和-在所有互不接触的单个循环中，所有m个非接触循环增益的总和等于从流图特征中删除与第k个前向路径(包括电路增益的乘积)接触的循环增益后的馀数。梅森增益公式，示例：使用结构图等效变换规律查找下图中的传递函数，解决方案：自上而下，第三章控制系统的时域分析方法，主要内容：主惯性系统的单位阶跃响应，t，k的物理意义。2，标准二次系统的单位阶跃响应，和n，d的物理意义。3、高阶闭环控制极的概念4、控制系统单元阶跃响应过程的性能指标、ts、TP、5、控制系统稳态误差6、rols稳定性标准7、一般PID调节器的控制规则(调节器的形式和功能的定性分析)、第一系统的动态响应、单元阶跃响应：T第三，阶段响应曲线形式的性能指标，1，动态指标，(1)峰值时间TP:转换过程曲线到达第一峰值所需的时间。(2)超尺度，(3)调整时间ts:2，静态指数，稳态误差或残差差异，使用最终值定理，4，高阶闭环支配极，1，s平面中距离虚拟轴更近，周围没有其他0极。2、与虚拟轴的其他闭环极点的距离为5倍以上。5，laus稳定性标准，已知系统的特征方程必须为，(1)特征方程的系数均为正(必要条件)。(2)劳氏行列式第一列的系数也全部为正，那么所有根都有负的实际部分。(3)第一列中的系数符号更改为实际部分等于正根数。(4)第一列有0，用代替，继续计算。一对纯粹的虚拟根。利用向上系数寻找。临界稳定。例如，尝试确定稳定系统的k的值范围。在：的情况下，为了稳定系统，第一列中的元素必须大于0。也就是说，劳氏准则适用，稳定性准则回答了特征方程式的根如何分布在s平面上，而不是根的特定资料。也不能保证系统提供满意的动态性能。也就是说，laus基准不能表示系统特征根相对于虚拟轴在s平面中的距离。该方法通过估计离虚拟轴最近的根距固定系统的每个根的距离，可以理解系统稳定性的“程度”。用原始表达式替换以获得被视为变量的特征表达式，然后使用Strauss条件确定该表达式的根是否位于竖直线的右侧。s左侧半平面上的根与虚拟轴保持一定距离的线性系统的相对稳定性。设定，6，一般控制律，PID，增益k和速度反馈系数如所愿，求解：是，系统的超调为0.2，峰值时间，系统的闭环传递函数，第4章线性系统的根轨迹布线轨迹方程式，性质方程式1 GH=0，1，K*等性质方程式为布线轨迹方程式，布线轨迹的模式值条件与角度条件相符，-1，绘制布线轨迹的基本规则，1，布线轨迹的列数，2， 方面由a取：k=0，1，2，5，实际轴的根轨迹，6，根轨迹的聚合和分离，1说明，2d导出，定义3分离角度，实际轴上段的右侧0，如果极数的和为奇数，段为根轨迹，k=0，1，2，没有0时，右侧为0，l与虚拟轴相交，7，与虚拟轴相交或8，起始角度和结束角度，根轨迹示例1，根轨迹示例2，j，0，0，n=D=conv(120，122)；R locs (n，d)，n=12；D=conv(125，1610)；当R locs (n，d)、0根轨迹、特征表达式为以下形式时，请注意绘制0根轨迹：G(s)H(s)的分子分母是第一位的，0根轨迹的模式值条件和角度条件，0度，0度根轨迹的基本规律，5章频率特性分析方法，主要内容：系统频率特性的基本概念频率特性两种图标方法(极坐标图，对数坐标图)奈奎，输入，振幅比 ，振幅-频率特性。相位差： ，相位频率特性。2，在传递函数中使用j而不是s时，系统的频率特性G(j)、模式系统的幅频特性()、相位角度是系统的相位-频率特性。3，最小相位系统和非最小相位系统最小相位系统：0极位于s左半平面；非最小相位系统：右半平面查找0或/和极、第二、常用侧极轴(开环振幅和相位特性曲线)、坐标：真实、虚拟、地物：频率特性的真实和假想部分或模式和相位角度、=0，值，中点，1:确定开环振幅和相位曲线的起点和终点，绘制开环振幅和相位曲线的方法，设置，开环传递函数的虚拟部分，计算，交叉频率，振幅和相位曲线与真实轴的交点：2:确定振幅和相位曲线与真实轴的交点，绘制通用系统的代数坐标的步骤：(1)系统频率特性(2)不首先考虑k值。(3)找出每个典型链路频率特性的转折点频率。(4)确定坐标范围：纵坐标：由典型链接的幅度、相位频率特性(低频、高频)确定的横坐标的索引范围由折弯频率确定。第三，代数坐标，两幅图，坐标：lg。纵座标：振幅-频率：(db)，相位-频率：相位-角度(度)。振幅频率：找到转折点频率，绘制渐近线。(5)绘制每个典型链接的频率特性的渐近线。(8)分别绘制每个典型链路的对数相位频率特性图。(6)将所有典型链路的幅频特性曲线相加，得出整个系统的对数幅频坐标。(7)考虑k值，在幅度-频率特性曲线上平移，(9)叠加以获得整个系统的相位-频率特性图。第四，耐克斯稳定标准，(1)闭环频率特性未包围时闭环系统稳定(-1，j0)。(2)开环系统不稳定时，当p个开环极位于根的右半平面时，开环频率特性逆时针包围时(-1，j0)，只有点p回才稳定闭环系统。，对于开环稳定系统：G(j)H(j)不包围(-1，j0)点，闭环稳定性，闭环极点都在s的左半平面上。(2)G(j)H(j)包围(-1，j0)点，闭环不稳定，s右半平面中有闭环极点。(3)G(j)H(j)通过(-1，j0)点存在闭环临界稳定性，虚拟轴上存在闭环极点。5，控制系统稳定性毛利，角度毛利：振幅毛利(极坐标)，(对数坐标图)，稳定系统，r0，h0，不稳定系统，r0，h0，临界稳定系统，r=0，确定系统传递函数。示例：已知闭环系统的开环传递函数是具有如下图所示的对数幅频特性的最小相位传递函数。传递函数，解：控制系统的数学描述方法，系统，微分方程(组)，状态方程，系统时间响应y(t)，传递函数，方框图，信号流程图，PD控制规律的差分控制规律反映了输入信号的变化趋势，产生了有效的早期修正信号，增加了系统的衰减程度，提高了系统的稳定性。串行校准中添加了开环零，可以提高系统的角度裕度，有助于提高系统的动态性能。不应使用单I控制器。(3)积分(I)控制律，在串行校正中采用I控制器可以提高系统的种类(无差异)，提高系统的稳态性能，但是积分控制通过增加位于原点的开环极点而产生信号，相位角度落后，不利于系统的稳定。开环极点，提高类型，减少稳态误差。左半平面的开环零提高了系统的衰减程度，缓解了圆极化对系统的不利影响。如果积分时间常数足够大，则可以显着减少PI控制器对系统的不利影响。(4)PI(积分)控制律，主要用于提高比例-控制系统的稳态性能。I积分发生在低频段，稳态性能(增加)d微分发生在高频段，动态性能(改善)，极点增加，类型提高，稳态性能，两个负实为零，动态性能优于PI，两个零，极点，(5)在新的截止频率下，未校准系统的相位角滞后太大，使用单级高级校正网络很难获得较大的相位裕量。以上分析表明，系列高级校准主要是在未校准的系统中校准频段，校正后中间带振幅的斜率为-20dB/dec，具有足够的相位裕度的特点。高级校正可以提高系统的瞬态响应速度。如示例6-1所示，校正后，系统的阻塞频率从未校准的6.3增加到9。这表明校准后系统的频带变宽，瞬态响应速度加快。但是，系统的高频抗噪声能力恶化了。对此，校准设备设计时要小心。一般设计阶段，1)根据给定的稳态指数确定系统的开环增益k。高级校正不会更改系统的正常状态指标，因此第一步是首先调整放大器，以便系统仍然满足正常状态性能指标。2) 1)使用结果k绘制系统的鸟图。3)在伯德图中测量未校准系统的相位裕度和振幅裕度，并选择达到指定指标所需补偿为止的相位裕度所需的前导角度(高级补偿使系统的截止频率增加)、4)。也就是说，所需补偿的相位角度由高级补偿装置提供。，5)校正后，在系统的基准频率上修改后，系统的最大基准角度在系统的基准频率上修改后，使用-10lga(dB)的频率作为系统的基准频率，6)计算参数T，7)验证指标：系统修改后，绘制