控制工程基础复习-1

1、控制工程基础控制工程基础2002.11.29概述概述 控制工程基础控制工程基础 自动控制技术的基础理论自动控制技术的基础理论 古典控制理论古典控制理论现代控制理论现代控制理论 自动控制定义自动控制定义 恒值调节系统恒值调节系统 随动系统随动系统 程序控制系统程序控制系统 主要问题主要问题 系统分析：系统结构和参数输入系统分析：系统结构和参数输入 系统综合和设计：系统输入要求输出系统综合和设计：系统输入要求输出控制理论在机械制造中的应用控制理论在机械制造中的应用 研究机械工程技术中广义系统的动力学问题研究机械工程技术中广义系统的动力学问题 研究反馈控制系统的性能和设计研究反馈控制系统的性能和设计

2、 研究生产过程的组织和管理研究生产过程的组织和管理 系统分析系统分析最优控制最优控制最优设计最优设计 滤波与预测滤波与预测系统辨识系统辨识系统自动控制系统的基本概念自动控制系统的基本概念 控制系统的基本概念控制系统的基本概念 古典、现代；人工、自动；恒定、随动、程序古典、现代；人工、自动；恒定、随动、程序 开环控制和闭环控制的区别开环控制和闭环控制的区别 稳定性、精度稳定性、精度 闭环控制系统的基本原理和组成环节闭环控制系统的基本原理和组成环节 给定、反馈、放大、执行、对象、校正给定、反馈、放大、执行、对象、校正 对控制系统的基本要求：对控制系统的基本要求：稳定、准确、快速稳定、准确、快速 简

3、单系统的职能方块图简单系统的职能方块图控制系统的微分方程控制系统的微分方程 质量弹簧阻尼系统质量弹簧阻尼系统 例例1：P12；例题；例题1：P41 无源电路网络无源电路网络 例例2：P12；例题；例题2：P41 有源电路网络有源电路网络 例例3：P13；例题；例题3：P42 电枢控制式直流电动机电枢控制式直流电动机 例例4：P13微分方程的线性化微分方程的线性化 非线性因素影响小非线性因素影响小忽略忽略线性系统线性系统 系统变量变化小系统变量变化小增量化（切线法）增量化（切线法） 增量方程增量方程 单摆单摆（例（例5：P15） 阀控液压缸阀控液压缸（例（例6：P15）拉氏变换拉氏变换 拉氏变换

4、的定义拉氏变换的定义 简单函数的拉氏变换简单函数的拉氏变换 拉氏变换的性质拉氏变换的性质 叠加微分积分衰减延时叠加微分积分衰减延时 初值终值时间比例尺时间初值终值时间比例尺时间t乘函数乘函数 卷积卷积例例7：P210)()()(dtetxtxLsXst拉氏反变换拉氏反变换 拉氏反变换拉氏反变换例例8：P22；例；例9不同单极点：不同单极点：P22；例例10含共轭复数极点：含共轭复数极点：P23；例例11含多重极点：含多重极点：P24 用拉氏变换解常系数线性微分方程用拉氏变换解常系数线性微分方程例例12：P25jjstdsesFjtf)(21)(典型环节的传递函数（典型环节的传递函数（1） 传递

5、函数的定义传递函数的定义 比例环节比例环节例例13运算放大器：运算放大器：P26；例；例14齿轮传动副：齿轮传动副：P26 一阶惯性环节一阶惯性环节例例15无源滤波网络：无源滤波网络：P27；例；例16弹簧阻尼系统：弹簧阻尼系统：P27 微分环节微分环节 理想微分环节（例理想微分环节（例17永磁式直流发电机：永磁式直流发电机：P28） 近似微分环节（例近似微分环节（例18无源微分网络：无源微分网络：P28）)()()(0sXsXsGiKsG)(11)(TssG1)()(TskTssGkssG典型环节的传递函数（典型环节的传递函数（2） 积分环节积分环节例例19有源积分网络：有源积分网络：P29

6、例例20机械积分器：机械积分器：P29 二阶振荡环节二阶振荡环节例例21无源无源R-L-C网络网络例例22质量弹簧阻尼系统质量弹簧阻尼系统sksG)(121)(22TssTsG系统函数方块图及其简化系统函数方块图及其简化 方块图单元比较点引出点串联并联反馈方块图单元比较点引出点串联并联反馈 方块图变换法则方块图变换法则 各前向通道传递函数乘积不变各前向通道传递函数乘积不变 各回路传递函数乘积不变各回路传递函数乘积不变 方块图简化方块图简化 例例23：简化系统方块图求传递函数：简化系统方块图求传递函数：P32系统信号流图及梅逊公式系统信号流图及梅逊公式 节点源节点终节点混合节点节点源节点终节点混

7、合节点 支路增益（传递函数）支路增益（传递函数） 通路前向通路回路通路前向通路回路 梅逊公式（梅逊公式（P35） 例例24低通滤波网络的信号流图和传递函数低通滤波网络的信号流图和传递函数.11,fedfedcbcbaakkkLLLLLLPP实际物理系统的函数方块图绘制实际物理系统的函数方块图绘制 例例25转动惯量弹簧阻尼系统：转动惯量弹簧阻尼系统：P36 环节微分方程拉氏变换环节方块图系统方块图环节微分方程拉氏变换环节方块图系统方块图 例例26无源滤波网络的方块图：无源滤波网络的方块图：P37 负载效应负载效应 例例27机床进给传动链的系统方块图：机床进给传动链的系统方块图：P39习题习题1

8、11 11.求拉氏变换（求拉氏变换（P42）利用简单函数的拉氏变换和拉氏变换的性质利用简单函数的拉氏变换和拉氏变换的性质4.求图示曲线的拉氏变换（求图示曲线的拉氏变换（P43）17.求拉氏变换（求拉氏变换（P45）21.求拉氏变换（求拉氏变换（P47）5.求系统的极点、零点；输出初值和终值（求系统的极点、零点；输出初值和终值（P43）2.求拉氏反变换（求拉氏反变换（P42）利用基本函数的拉氏变换和部分分式展开利用基本函数的拉氏变换和部分分式展开3.用拉氏变换解微分方程（用拉氏变换解微分方程（P42）习题习题1 12 29.求机械系统（平移）的传递函数（求机械系统（平移）的传递函数（P44）10

9、.求无源网络的传递函数（求无源网络的传递函数（P44）11.求有源网络的传递函数（求有源网络的传递函数（P44）12.求机械系统（转动）的传递函数（求机械系统（转动）的传递函数（P44）16.求系统的传递函数（求系统的传递函数（P45） 20.求系统的传递函数（求系统的传递函数（P47）22.求系统的传递函数（求系统的传递函数（P47）习题习题1 13 36.方块图简化，并求传递函数（方块图简化，并求传递函数（P43）7.方块图简化，并求传递函数（方块图简化，并求传递函数（P43）8.方块图简化，并求传递函数（方块图简化，并求传递函数（P43）15.求传递函数（输入、输出不同）（求传递函数（输

10、入、输出不同）（P45）18.画系统的方块图（画系统的方块图（P46）19.画方块图，并求传递函数（画方块图，并求传递函数（P46）13.无源网络和机械平移系统的相似性（无源网络和机械平移系统的相似性（P44）14.微分方程的线性化（微分方程的线性化（P44）时域响应以及典型输入信号时域响应以及典型输入信号 时域响应时域响应 稳态（静态）响应稳态（静态）响应 动态响应（过渡过程）动态响应（过渡过程） 阶跃函数阶跃函数 斜坡函数斜坡函数 加速度函数加速度函数 脉冲函数脉冲函数 正弦函数正弦函数一阶系统的瞬态响应一阶系统的瞬态响应 一阶典型系统：一阶惯性环节一阶典型系统：一阶惯性环节 一阶系统的单

11、位阶跃响应：稳定无振荡一阶系统的单位阶跃响应：稳定无振荡 一阶系统的单位斜坡响应：稳态误差一阶系统的单位斜坡响应：稳态误差T 一阶系统的单位脉冲响应：稳态误差一阶系统的单位脉冲响应：稳态误差011)()(0TssXsXi993. 0982. 095. 0865. 0632. 01)(10tTetxtTTeTttx10)(tTeTtx101)( 系统对输入信号导数的响应等于系统对系统对输入信号导数的响应等于系统对输入信号响应的导数输入信号响应的导数 系统对输入信号积分的响应等于系统对系统对输入信号积分的响应等于系统对输入信号响应的积分，积分常数由初始输入信号响应的积分，积分常数由初始条件确定。条

12、件确定。二阶系统的瞬态响应（二阶系统的瞬态响应（1） 二阶典型系统：二阶振荡环节二阶典型系统：二阶振荡环节 二阶系统的单位阶跃响应二阶系统的单位阶跃响应 欠阻尼欠阻尼/临界阻尼临界阻尼/过阻尼过阻尼/零阻尼零阻尼/负阻尼负阻尼222202202)()(121)()(nnnniisssXsXTssTsXsXttxeetxetetxttetxnttttnddtnnnnncos1)() 11(2) 11(21)(1)()sincos1(11)(022)1(22)1(0022022二阶系统的瞬态响应（二阶系统的瞬态响应（2） 二阶系统的性能指标二阶系统的性能指标 瞬态响应指标上升时间瞬态响应指标上升时

13、间/峰值时间峰值时间/最大超调量最大超调量/调整时间调整时间/延延迟时间迟时间/振荡次数振荡次数 二阶系统的瞬态响应指标二阶系统的瞬态响应指标nsnsnspdpdrttteMtarctgt431ln05. 0ln12122二阶系统的瞬态响应（二阶系统的瞬态响应（3） 例例1：对给定的最大超调量和峰值时间确定系统参数，对给定的最大超调量和峰值时间确定系统参数，并求上升时间和调节时间；并求上升时间和调节时间； 例例2：已知系统的输入和输出时间响应，求系统的质量、已知系统的输入和输出时间响应，求系统的质量、弹性系数、粘性阻尼系数；弹性系数、粘性阻尼系数；二阶系统的瞬态响应（二阶系统的瞬态响应（4）

14、二阶系统的单位脉冲响应：欠阻尼二阶系统的单位脉冲响应：欠阻尼/临界阻尼临界阻尼/过阻尼过阻尼ttxeetxtetxtetxnttntdtnnnnnnsin)(12)()()(sin1)(02)1()1(0202022二阶系统的瞬态响应（二阶系统的瞬态响应（5） 二阶系统的单位斜坡响应：欠阻尼二阶系统的单位斜坡响应：欠阻尼/临界阻尼临界阻尼/过阻尼过阻尼12)1212(12)1212(2)(22)(sin) 12(cos1212)(2)1(222)1(2200222022ntntntntnddntnnnnnneettxetettxttettx高阶系统的瞬态响应高阶系统的瞬态响应 惯性环节和二阶振

15、荡环节响应函数的叠加惯性环节和二阶振荡环节响应函数的叠加 忽略远离虚轴的极点主导极点忽略远离虚轴的极点主导极点 偶极子相消偶极子相消 例例3：求高阶系统的单位阶跃响应求高阶系统的单位阶跃响应（试探（试探法、劈因法）法、劈因法）时域瞬态响应的实验方法时域瞬态响应的实验方法 脉冲信号产生：脉冲信号产生： 电脉冲、力脉冲、电力脉冲转换电脉冲、力脉冲、电力脉冲转换 阶跃信号产生：阶跃信号产生： 电阶跃信号、角位移阶跃信号电阶跃信号、角位移阶跃信号 斜坡输入信号产生：斜坡输入信号产生： 电斜坡信号、角位移斜坡信号电斜坡信号、角位移斜坡信号 信号测量：信号测量： 非电量电量：示波器、记录仪非电量电量：示波

16、器、记录仪 光电式光栅感应同步器、激光干涉仪等光电式光栅感应同步器、激光干涉仪等例题例题2 2 例例1：求给定系统的特征参数（：求给定系统的特征参数（P68） 例例2：求系统的单位阶跃响应和单位脉冲：求系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应响应 例例3：求系统的单位阶跃响应以及上升时：求系统的单位阶跃响应以及上升时间和最大超调量间和最大超调量习题习题2 21 1 1.一阶惯性系统的单位阶跃响应（一阶惯性系统的单位阶跃响应（P69） 3.画一阶惯性系统的输出响应曲线（画一阶惯性系统的输出响应曲线（P70） 4.求一阶惯性系统的传递函数及其输出响应（求一阶惯性系统的传递函数及其输出响应（P70） 15.

17、求一阶惯性系统的响应（求一阶惯性系统的响应（P72） 25.一阶惯性环节的输出响应（一阶惯性环节的输出响应（P72） 26.一阶惯性环节的输出响应（一阶惯性环节的输出响应（P73） 27.一阶惯性环节的输出响应（一阶惯性环节的输出响应（P73） 31.求一阶惯性系统的过渡过程时间（求一阶惯性系统的过渡过程时间（P73） 33.求一阶惯性环节的输出响应（求一阶惯性环节的输出响应（P73）例题和习题例题和习题2 22 2 6.求二阶欠阻尼系统的参数（求二阶欠阻尼系统的参数（P70） 7.求二阶欠阻尼系统的性能指标（求二阶欠阻尼系统的性能指标（P70） 8.求二阶欠阻尼系统的最大超调量（求二阶欠阻尼

18、系统的最大超调量（P70） 9.求二阶欠阻尼系统的参数（求二阶欠阻尼系统的参数（P70） 11.求二阶欠阻尼系统的参数（求二阶欠阻尼系统的参数（P71） 12.画二阶欠阻尼系统的极点分布（画二阶欠阻尼系统的极点分布（P71） 14.求二阶欠阻尼系统的参数（求二阶欠阻尼系统的参数（P71） 16.求二阶欠阻尼系统的输出响应（求二阶欠阻尼系统的输出响应（P72） 17.求二阶欠阻尼系统的性能指标（求二阶欠阻尼系统的性能指标（P72） 18.求二阶欠阻尼系统的参数（求二阶欠阻尼系统的参数（P72）习题习题2 23 3 20.求二阶欠阻尼系统的参数和性能指标（求二阶欠阻尼系统的参数和性能指标（P72） 21.求二阶欠阻尼系统的传递函数和参数（求二阶欠阻尼系统的传递函数和参数（P72） 29.二阶欠阻尼系统的特性参数（二阶欠阻尼系统的特性参数（P73） 2.二阶过阻尼系统的单位脉冲响应（二阶过阻尼系统的单位脉冲响应（P70） 5.求二阶过阻尼系统的单位阶跃和脉冲响应（求二阶过阻尼系统的