自控控制原理笫8章

自控控制原理笫8章目录contents引言控制系统稳定性分析根轨迹法分析控制系统稳定性频率响应法分析控制系统稳定性控制系统的校正与优化设计非线性控制系统稳定性分析总结与展望引言01CATALOGUE010204章节概述本章主要介绍自动控制系统的基本概念、组成及分类；阐述自动控制系统的性能指标及分析方法；探讨自动控制系统的设计与校正方法；介绍现代控制理论在自动控制系统中的应用。0302030401学习目标掌握自动控制系统的基本概念、组成及分类方法；理解自动控制系统的性能指标及分析方法；学会自动控制系统的设计与校正方法；了解现代控制理论在自动控制系统中的应用及发展趋势。控制系统稳定性分析02CATALOGUE稳定性概念及意义稳定性定义当控制系统受到外部扰动或内部参数变化时，系统能够自动恢复到平衡状态的能力。稳定性意义确保控制系统在正常工作条件下能够保持稳定，避免系统失控或产生不稳定行为。劳斯-赫尔维茨判据定义：通过计算系统特征方程的根来判断系统的稳定性。若特征方程的所有根都具有负实部，则系统是稳定的。劳斯-赫尔维茨判据应用步骤构造系统特征方程。计算特征方程的系数。根据劳斯-赫尔维茨判据表，判断系统稳定性。劳斯-赫尔维茨判据奈奎斯特稳定判据定义：通过分析系统开环频率响应的奈奎斯特图来判断系统的稳定性。若奈奎斯特图不包围复平面的（-1，j0）点，则系统是稳定的。奈奎斯特稳定判据应用步骤绘制系统开环频率响应的奈奎斯特图。观察奈奎斯特图是否包围（-1，j0）点。根据观察结果判断系统稳定性。0102030405奈奎斯特稳定判据根轨迹法分析控制系统稳定性03CATALOGUE

根轨迹法基本原理根轨迹定义根轨迹是指系统开环传递函数某一参数从0变化到∞时，闭环特征根在复平面上移动的轨迹。根轨迹与系统稳定性关系系统闭环极点即特征根的位置决定了系统的稳定性，因此通过根轨迹可以判断系统在不同参数下的稳定性。根轨迹方程根据系统开环传递函数和闭环特征方程，可以推导出根轨迹方程，进而求解根轨迹。通过确定根轨迹的起点、终点、渐近线、实轴上的分布等特征，可以手绘出大致的根轨迹图。手绘根轨迹计算机辅助绘制根轨迹绘制步骤利用MATLAB等计算机软件，可以方便地绘制出精确的根轨迹图。确定开环传递函数→确定闭环特征方程→求解根轨迹方程→绘制根轨迹图。030201根轨迹绘制方法稳定性分析根据根轨迹在复平面的位置，可以判断系统在不同参数下的稳定性，如根轨迹全部位于左半平面，则系统稳定。性能指标分析通过根轨迹可以分析系统的性能指标，如超调量、调节时间等，进而对系统性能进行优化。参数设计根据根轨迹与系统性能的关系，可以进行系统参数设计，以满足特定的性能指标要求。根轨迹与系统性能关系频率响应法分析控制系统稳定性04CATALOGUE频率响应法是一种基于系统频率特性的稳定性分析方法。它通过测量或计算系统在不同频率下的响应，得到系统的频率特性曲线。根据频率特性曲线的形状和特征，可以判断系统的稳定性、快速性和准确性等性能指标。频率响应法基本原理通过给系统施加不同频率的正弦信号，测量系统的输出响应，得到实验数据后绘制频率特性曲线。实验法根据系统的数学模型，利用数学方法求解系统的频率响应函数，并绘制频率特性曲线。解析法在已知系统传递函数的基础上，利用对数幅频特性和相频特性的绘制方法，得到系统的频率特性曲线。图解法频率特性曲线绘制方法稳定性通过观察频率特性曲线在复平面上的位置，可以判断系统是否稳定。若曲线位于复平面的左半部分，则系统稳定；若曲线穿越复平面的右半部分，则系统不稳定。快速性频率特性曲线的高频部分反映了系统的快速性。高频部分的斜率越陡，说明系统对高频信号的响应速度越快，即系统的快速性越好。准确性频率特性曲线的低频部分反映了系统的准确性。低频部分的幅值越大，说明系统对低频信号的放大倍数越高，即系统的准确性越好。同时，相频特性曲线的形状也可以反映系统的相位失真情况，进一步评估系统的准确性。频率响应与系统性能关系控制系统的校正与优化设计05CATALOGUE03超前-滞后校正装置结合超前和滞后校正的特点，既提高相位裕度又降低截止频率，实现更全面的性能优化。01超前校正装置通过提供超前相位来补偿系统中的滞后相位，从而提高系统的相位裕度和稳定性。02滞后校正装置通过提供滞后相位来减小系统的截止频率，降低系统对高频噪声的敏感性。校正装置类型及作用根轨迹法通过调整校正装置参数来改变系统根轨迹的形状，从而改善系统的稳定性和动态性能。频率响应法通过分析系统频率响应特性来选择适当的校正装置和参数，以满足系统性能指标要求。优化设计法基于优化算法对校正装置参数进行自动寻优，以实现系统性能的最优化。串联校正设计方法030201反馈校正法通过在系统输出端引入反馈信号来改变系统的开环传递函数，从而改善系统的性能。顺馈校正法通过在系统输入端引入顺馈信号来抵消系统中的不利因素，提高系统的性能。复合校正法结合反馈和顺馈校正的特点，同时引入反馈和顺馈信号来实现更全面的性能优化。并联校正设计方法非线性控制系统稳定性分析06CATALOGUE不满足叠加原理的系统，即系统输出与输入之间不存在线性关系的系统。非线性系统的定义具有多值性、非叠加性、不满足齐次性和不满足比例性。非线性系统的特点按非线性性质可分为本质非线性和非本质非线性；按非线性程度可分为弱非线性和强非线性。非线性系统的分类非线性系统概述描述函数法分析非线性系统稳定性首先求出非线性环节的描述函数，然后根据等效线性系统的频率响应特性判断系统的稳定性。描述函数法分析非线性系统稳定性的步骤在正弦信号作用下，用一次谐波分量近似代替非线性环节的输出，从而将非线性系统简化为等效的线性系统进行分析。描述函数法的基本思想描述函数是表征非线性环节动态特性的复变函数，其性质包括存在性、唯一性、保角性和奇偶性等。描述函数的定义及性质相平面图的绘制方法根据系统的微分方程或差分方程，在相平面上绘制状态变量的运动轨迹。相平面法分析非线性系统稳定性的步骤首先确定系统的奇点和极限环，然后根据状态轨迹在相平面上的分布情况和运动趋势，判断系统的稳定性和性能。相平面法的基本思想在相平面上绘制系统的状态轨迹，通过分析状态轨迹的几何特性来判断系统的稳定性。相平面法分析非线性系统稳定性总结与展望07CATALOGUE介绍了自适应控制、鲁棒控制、智能控制等高级控制方法的基本原理和应用。阐述了最优控制理论的基本概念、原理和求解方法。分析了非线性系统的稳定性、能控性和能观性等基本性质。探讨了现代控制理论在实际工程中的应用，如航空航天、机器人、智能制造等领域。章节总结未来发展趋势高级控制方法将更加普及随着计算机技术的发展，高级控制方法的实现将更加容易，其在工业过程控制、智能制造等领域的应用将更加广泛。控制理论与其他学科的交叉融合控制理论与人工智能、机器学习等学科