深大自动控制原理总复习

深大自动控制原理总复习引言自动控制原理概述控制系统的数学模型线性系统的时域分析线性系统的频域分析控制系统的校正与设计非线性系统分析控制系统的状态空间分析控制系统的仿真与实验引言01提高应用能力复习不仅仅是回忆知识点，更是提高实际应用能力的关键步骤。通过复习，可以更好地将理论知识与实际应用相结合，提高解决实际问题的能力。巩固知识体系通过复习，可以加深对自动控制原理的理解，进一步巩固知识体系，为后续的学习和研究打下坚实的基础。应对考试和考核对于面临考试和考核的学生来说，复习是提高考试成绩和评价考核的重要途径。通过系统地复习，可以更好地掌握考试要点和难点，提高应试能力。复习的目的和意义第二季度第一季度第四季度第三季度制定复习计划多种方式结合注重理解和应用做好笔记和总结复习的方法和策略制定详细的复习计划，合理安排时间，确保复习进度和质量。同时，根据实际情况及时调整计划，确保复习的针对性和有效性。采用多种方式进行复习，如阅读教材、笔记和课件，做习题和模拟试卷，参加线上或线下辅导等。多种方式结合可以更好地巩固知识点和提高应用能力。在复习过程中，要注重对知识点的深入理解和应用。对于难以理解的问题，可以通过查阅资料、与同学讨论或请教老师等方式加以解决。在复习过程中，要做好笔记和总结，以便于回顾和巩固知识点。同时，笔记和总结也是备考的重要资料，可以提供针对性的复习和备考指导。自动控制原理概述02

自动控制的基本概念自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。控制系统的基本组成控制器、受控对象、执行机构、测量元件。开环与闭环控制系统开环控制系统没有反馈回路，闭环控制系统有反馈回路。用于接收输入信号，并按照设定的算法产生输出信号。控制器被控制的对象或过程。受控对象根据控制器输出的信号，驱动受控对象改变其状态。执行机构用于检测受控对象的当前状态，并将检测结果反馈给控制器。测量元件自动控制系统的组成按输入信号的特征分类：恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。按系统参数是否随时间变化分类：时变系统、时不变系统。按系统结构分类：开环控制系统、闭环控制系统。自动控制系统的分类系统在受到扰动后能否回到原来的平衡状态。稳定性快速性准确性抗干扰性系统对设定值的跟踪速度。系统达到设定值后与设定值的偏差大小。系统对外部干扰的抑制能力。自动控制系统的性能指标控制系统的数学模型03传递函数是描述线性时不变系统动态特性的数学模型，它表达了系统输出变量与输入变量之间的函数关系。定义传递函数通常表示为有理分式的形式，即G(s)=num(s)/den(s)，其中s是复数变量，num(s)和den(s)分别是分子和分母多项式函数。形式传递函数具有一些基本性质，如线性性、时不变性、因果性和稳定性等。性质传递函数定义动态结构图是一种图形表示方法，用于描述控制系统的动态行为和各组成部分之间的相互关系。组成动态结构图由一系列的环节、传递函数和信号线组成，环节表示系统中的元件或子系统，信号线表示信号的传递方向。建立根据系统的实际结构和参数，可以建立动态结构图，并通过信号流图进行简化或化简。动态结构图定义01状态空间模型是一种描述控制系统动态行为的数学模型，它基于系统的状态变量和输入输出变量来描述系统的动态行为。形式02状态空间模型由状态方程和输出方程组成，其中状态方程描述了系统内部状态变量的变化规律，输出方程描述了系统输出变量与状态变量和输入变量之间的关系。转换03通过传递函数或动态结构图，可以将其转换为状态空间模型，以便进行更深入的分析和设计。状态空间模型在实际应用中，根据需要可以将控制系统模型从一种形式转换为另一种形式，如从传递函数转换为状态空间模型，或从动态结构图转换为传递函数。转换对控制系统模型进行化简是为了简化分析过程和提高计算效率。常见的化简方法包括部分分式展开、相似变换、状态反馈等。化简转换与化简在控制系统分析和设计中具有广泛的应用，如稳定性分析、控制器设计、最优控制等。应用控制系统模型的转换与化简线性系统的时域分析0403系统的稳定裕度系统的稳定裕度是指系统在稳定边界上的距离，用于衡量系统的稳定性。01稳定性的定义如果一个系统在受到扰动后能够回到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的。02劳斯-赫尔维茨稳定性判据通过计算系统的极点和零点，利用劳斯-赫尔维茨稳定性判据来判断系统的稳定性。系统的稳定性分析阶跃响应分析阶跃响应是系统对单位阶跃函数的响应，通过分析阶跃响应的超调和调节时间等参数，可以评估系统的动态性能。系统的动态性能指标常见的动态性能指标包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量等。动态性能的定义系统在输入信号的作用下，其输出响应随时间变化的特性。系统的动态性能分析系统误差分析系统误差是指系统的输出与理想输出之间的差值，通过分析系统误差的大小和稳定性，可以评估系统的稳态性能。系统的稳态性能指标常见的稳态性能指标包括误差范围、误差精度和误差灵敏度等。稳态性能的定义系统在输入信号的作用下，其输出响应趋于稳定后所表现出来的特性。系统的稳态性能分析线性系统的频域分析05123描述线性系统对不同频率输入信号的响应特性。频率特性传递函数是频率特性的拉普拉斯变换形式。频率特性与传递函数的关系反映系统对不同频率信号的增益、相位和失真等特性。频率特性的物理意义频率特性的基本概念定义法根据传递函数求取频率特性。实验法通过实验测量系统对不同频率信号的响应，再转换为频率特性。频率特性的求取方法显示系统对不同频率信号的幅值和相位响应。Bode图Nyquist图Nichols图显示系统的极点和零点分布，反映系统的稳定性。显示系统的增益和相位裕度，用于系统稳定性分析。030201频率特性的图示方法劳斯判据通过计算系统的极点和零点，判断系统是否稳定。Nyquist判据通过绘制系统的Nyquist曲线，判断系统是否稳定。幅值裕度和相位裕度判据通过计算系统的增益和相位裕度，判断系统是否稳定。频域稳定性判据控制系统的校正与设计06校正为了改善系统的性能指标，通过附加装置改变系统的特性或参数。性能指标反映系统性能优劣的量，如超调量、调节时间、稳态误差等。校正装置附加在系统中的装置，如放大器、积分器、微分器等。系统校正的基本概念串联校正的基本思想在系统的开环传递函数中串联一个环节，以改善系统的性能。串联超前校正通过增加系统的相位裕度提高系统的稳定性，同时减小系统的调节时间。串联滞后校正通过减小系统的相位裕度提高系统的增益，同时减小系统的稳态误差。串联校正通过并联一个环节来改变系统的根轨迹，从而改善系统的性能。并联校正的基本思想通过增加系统的增益提高系统的动态响应速度，同时减小系统的稳态误差。并联超前校正通过减小系统的增益提高系统的稳定性，同时减小系统的超调量。并联滞后校正并联校正前馈校正的基本思想通过引入前馈控制环节来减小系统对干扰的敏感性。前馈校正的优点能够减小系统对扰动的敏感性，提高系统的抗干扰能力。前馈控制根据扰动量的测量值对输出进行补偿的控制方式。前馈校正非线性系统分析07非线性系统的基本概念根据不同的分类标准，非线性系统可以分为不同的类型，如按输入输出关系可分为时变非线性系统和时不变非线性系统等。非线性系统的分类非线性系统是指系统的输出与输入不成正比关系的系统，即系统的响应特性不是线性的。非线性系统的定义非线性系统具有复杂性、多变性、不规则性和不可预测性等特点，其行为难以用简单的数学模型描述。非线性系统的特点描述函数的计算方法描述函数是通过将非线性系统的输入和输出进行傅里叶变换，然后通过一定的计算方法得到。描述函数的性质描述函数具有一些重要的性质，如奇偶性、频率特性等，这些性质对于分析非线性系统的稳定性等特性非常重要。描述函数定义描述函数是一种用于分析非线性系统的工具，它通过将非线性系统近似为线性系统来简化分析过程。非线性系统的描述函数分析法非线性系统的相平面分析法相平面是用于分析非线性系统的二维平面，它通过将系统的状态变量进行组合得到。相平面分析的步骤在相平面上，可以通过观察系统的轨迹、极限环等特性来分析系统的行为。具体步骤包括绘制相图、分析轨迹走向、判断平衡状态等。相平面分析的应用相平面分析在控制工程中有着广泛的应用，如用于分析系统的稳定性、控制系统的设计等。同时，相平面分析也是研究非线性系统的重要工具之一。相平面的定义控制系统的状态空间分析08描述系统内部状态的变量，通常选取系统的输入、输出和内部变量作为状态变量。状态变量描述系统状态变量之间关系的数学方程，通常采用微分方程或差分方程形式表示。状态方程描述系统输出与状态变量之间关系的数学方程，通常表示为状态变量的线性函数。输出方程状态空间的基本概念解析法通过求解状态方程得到状态变量的解析解，适用于线性时不变系统。数值法采用数值计算方法求解状态方程，如欧拉法、龙格库塔法等，适用于非线性或时变系统。稳定性分析分析系统状态方程的解是否稳定，即当系统受到扰动后能否恢复到平衡状态。状态方程的解法030201能控性线性系统的能控性和能观性判断线性系统是否可以通过输入信号控制其状态变量的变化。能观性判断线性系统是否可以通过输出信号观测其状态变量的变化。将线性系统通过线性变换转换为能控标准型或能观标准型，便于分析和设计控制系统。能控标准型和能观标准型控制系统的仿真与实验09控制系统的计算机仿真控制系统计算机仿真的定义利用计算机对控制系统进行模拟，以便分析和研究系统的性能。控制系统计算机仿真的步骤建立数学模型、选择合适的仿真算法、编写仿真程序、进行仿真实验和结果分析。控制系统计算机仿真的优点可以模拟各种实际情况下难以实现的情况，节省实验时间和成本，提高实验精度和可靠性。通过实际搭建控制系统并进行实验，以获取系统性能的实际数据。实验研究方法的定义确定实验方案、搭建实验系统、进行实验操作、数据采集与处理、结果分析和结论。实验研究方法的步骤能够真实地反映系统的实际运行情况，为理论分析提供实际依据。实验研究方法的优点控