自动控制原理王永骥版第五章

自动控制原理王永骥版第五章目录contents控制系统概述控制系统数学模型控制系统稳定性分析控制系统性能分析控制系统设计控制系统实现与仿真控制系统概述CATALOGUE01控制系统的定义与分类控制系统的定义控制系统是一种通过接收输入信号，经过处理后输出控制信号的系统。控制系统的分类按照不同的分类标准，控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统、连续控制系统和离散控制系统等。执行器执行器是控制系统的输出部分，用于接收控制信号，并将信号转换为实际的控制动作。被控对象被控对象是控制系统所要控制的设备或系统。传感器传感器是控制系统的输入部分，用于检测被控对象的参数变化，并将参数变化转换为电信号输出。控制器控制器是控制系统的核心部分，用于接收输入信号，按照设定的算法处理信号，并输出控制信号。控制系统的基本组成控制系统必须能够保持稳定，避免因干扰或内部参数变化而产生振荡或失控。稳定性控制系统必须能够准确地跟踪输入信号的变化，并减小跟踪误差。准确性控制系统必须能够快速地响应输入信号的变化，并在短时间内达到设定值。快速性控制系统必须具有较强的抗干扰能力，能够抵抗外部干扰的影响，保证系统的稳定性和准确性。抗干扰性01030204控制系统的性能要求控制系统数学模型CATALOGUE02传递函数的性质传递函数具有复数域的性质，可以表示为多项式、分式或幂函数的组合，其极点和零点决定了系统的动态特性。传递函数的计算传递函数可以通过系统各环节的传递函数和连接方式计算得到。传递函数的定义传递函数是线性定常系统在零初始条件下，输出量对输入量的拉普拉斯变换之比。控制系统传递函数根据系统各环节的物理特性和输入输出关系，建立线性微分方程组。微分方程的建立通过求解微分方程组，可以得到系统的动态响应。微分方程的求解微分方程具有时间域的性质，可以表示为多项式、指数函数或三角函数的组合。微分方程的性质控制系统微分方程03控制系统框图与信号流图的应用通过控制系统框图和信号流图，可以方便地分析系统的动态特性和稳定性。01控制系统框图的建立根据系统各环节的传递函数和连接方式，建立控制系统框图。02信号流图的建立根据系统各环节的输入输出关系，建立信号流图。控制系统框图与信号流图控制系统稳定性分析CATALOGUE03控制系统稳定性是指系统在受到扰动后，能够回到原来的平衡状态，或在平衡状态附近做小范围振荡的性能。稳定性是控制系统的重要性能指标，也是系统能够正常工作的基础。控制系统稳定性分析是自动控制原理中的重要内容，也是实际工程中必须考虑的问题。010203控制系统稳定性定义劳斯稳定判据01劳斯稳定判据是一种通过系统开环传递函数的极点和零点来分析系统稳定性的方法。02它通过计算开环传递函数的劳斯表来确定系统的稳定性，并给出系统稳定的充分必要条件。劳斯稳定判据具有简单、直观、易于操作等优点，在实际工程中得到了广泛应用。03根轨迹法01根轨迹法是一种通过绘制根轨迹图来分析系统稳定性的方法。02它通过分析开环传递函数的极点和零点在复平面上的运动轨迹，来研究系统稳定性的变化规律。03根轨迹法具有直观、易于理解等优点，在实际工程中得到了广泛应用。控制系统频率特性分析控制系统频率特性分析是一种通过分析系统频率响应来研究系统稳定性的方法。它通过分析系统的幅频特性和相频特性，来研究系统在不同频率下的响应特性，从而判断系统的稳定性。频率特性分析具有直观、易于理解等优点，在实际工程中得到了广泛应用。控制系统性能分析CATALOGUE04定义、计算方法、减小稳态误差的方法。稳态误差系统的输出、输入、时间常数等静态特性的计算和分析。静态特性使用劳斯判据、奈奎斯特判据等稳定性判据进行系统稳定性分析。稳定性分析控制系统稳态性能分析动态响应系统的阶跃响应、脉冲响应、频率响应等动态响应的分析。动态特性系统的阻尼比、自然频率、增益等动态特性的计算和分析。动态性能优化使用超前、滞后、PID等控制方法优化系统的动态性能。控制系统动态性能分析误差定义误差的类型、定义、计算方法。误差抑制使用前馈控制、反馈控制等方法抑制系统误差。误差传递误差传递函数的计算和分析。控制系统误差分析控制系统设计CATALOGUE05可维护性系统设计应便于维护和升级，降低运营成本。经济性在满足性能指标和稳定性的前提下，尽可能降低系统成本。可靠性选用高质量的元件和设备，进行合理的系统设计和维护，以提高系统的可靠性。系统稳定性确保系统在各种条件下都能保持稳定运行，避免出现振荡、失控等现象。性能指标根据实际需求，设定合理的性能指标，如调节时间、超调量、稳态误差等。控制系统设计原则与步骤通过在系统中串联适当的装置，如放大器、滤波器等，改善系统的性能。串联校正装置通过串联适当的装置，调整系统相位特性，提高系统的稳定性。相位校正根据性能指标要求，调整串联装置的增益，以改善系统的动态性能。增益调整通过频率响应分析方法，评估串联校正装置对系统性能的影响。频率响应分析控制系统串联校正并联校正装置通过在系统中并联适当的装置，如积分器、微分器等，改善系统的性能。阻尼比调整通过并联适当的装置，调整系统的阻尼比，以减小系统的超调和振荡。响应速度调整根据性能指标要求，调整并联装置的参数，以改善系统的响应速度。误差信号处理通过并联适当的装置，处理系统误差信号，提高系统的稳态精度。控制系统并联校正控制系统实现与仿真CATALOGUE06控制系统硬件实现根据控制系统的需求，选择合适的控制器，如PLC、单片机、DSP等，并进行相应的硬件电路设计。执行器与传感器选择并安装适合的执行器（如电机、气动阀等）和传感器（如光电编码器、压力传感器等），确保系统能够准确获取被控对象的参数并进行有效控制。抗干扰措施为保证控制系统的稳定性，采取相应的抗干扰措施，如信号屏蔽、滤波器设计等。控制器选择与设计01根据控制系统的需求，选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制等，并进行编程实现。控制算法实现02设计易于操作的人机界面，提供必要的信息显示和操作功能，方便用户对控制系统进行监控和操作。人机界面设计03进行软件测试和调试，确保软件功能正确、性能稳定。软件测试与调试控制系统软件实现仿真软件选择选择适合的仿真软件，如MATLAB/Simulink、Syste