控制工程基础期末复习及例题.ppt

1、1，控制工程基础，课程摘要，2，考试问题类型：第一部分(40分钟):填空问题(20分钟)，选择题(20分钟)第二部分(60分钟):1，已知图像函数查找函数(部分) “控制工程基础”课程评价说明，综合成果：一般20%实验10%最终测试70%，3，4，5，6，7，8，控制系统，控制系统的概念，控制系统的基本要求，控制工程基础课程结构，分析，设计，一般校正方法工作原理首先检测出口量的实际值，将实际值与给定值(输入量)进行比较，得出偏差值，然后利用偏差值生成调整信号，从而消除偏差。闭环控制系统通常由给定组件、反馈组件、组件比较、组件放大、执行组件和校正组件组成。2 .闭环控制系统的组成，3 .反馈的概

2、念，输出量通过检测装置向输入侧转动信号，与输入量进行比较的过程。第一章介绍，10，4。控制论的本质通过信息的传递、处理和反馈进行控制，控制理论是信息学科的重要组成部分。5 .机械工程控制论是以机械工程技术为对象的控制论问题，是研究该工程领域广义系统的力学问题，即研究系统与其输入、输出之间的动态关系。机械工程控制论的主要研究内容如下。(1)系统分析(2)最优控制(3)优化设计(4)系统识别(5)过滤和预测，第一章介绍，11，6。控制系统的基本要求，稳定性：控制系统工作的基本条件。动态过程的振动倾向和系统恢复平衡状态的能力。快速：当系统的输出量和输入量产生偏差时，消除这些偏差过程的快速程度。准确度

3、：调整过程结束后系统输出量和输入量之间的偏差。第1章介绍，12，分析控制系统：工作原理，动态特性，系统的稳定性，准确性，快速设计控制系统：满足稳定性，准，快速要求的系统设计和实现，过程结构系统，第1章介绍，13，拉普拉斯变换的定义，复杂变量，复杂变量表查找方法，拉普拉斯逆变换，2 .使用部分分数展开法，第2章拉斯变换的数学方法，第16章拉斯变换的数学方法，第2章拉斯变换的数学方法，第17章，主要内容：系统微分方程的生成传递函数方块图和动态系统的构造，零初始条件下线性常数系统输出量的拉普拉斯变换和引起相应输出量的拉普拉斯变换的比率。传递函数反映了系统本身的动态特性，与系统本身的结构参数无关，与外

4、部输入无关。第三章系统的数学模型，传递函数：18，比例链接：k，第一阶微分链接：Ts 1，第二阶微分链接：积分链接：惯性链接：第二阶振动链接：微分链接：s，第三章系统的数学模型，其中F(t)是系统的输入外力，y(t)是系统的输出位移，M1和M2是质量块，K1和K2是弹簧的弹性系数，b是阻尼器的阻尼系数。(忽略质量块重力作用) (共10点)，第三章系统的数学模型，第三章系统的数学模型，第20，第三章系统的数学模型，第21章系统的数学模型，系统方块图的简化，方块图的运算规则，串行，并行和反馈连接，方块图的等效转换规则，聚合，第三章系统的数学模型，第23章系统的数学模型，第24章，时间响应：系统通过

5、输入信号其输出随时间变化的规律。时间响应分为瞬态响应和稳态响应两部分。瞬态响应：系统从初始状态激励到最终状态，然后是动态过程，也称为瞬态过程。正常状态响应：时间无限时系统的输出状态。稳态响应是瞬态过程结束后仍然存在的时间响应。第4章系统的时间区域分析，25，第1章系统的时间响应，单位阶跃响应，单位脉冲响应，单位倾斜响应，第4章系统的时间区域分析，26，第2章系统的时间区域分析，27，Mp，瞬态响应的性能指标，解决方案：图标是欠阻尼二次系统的单位阶跃响应曲线。图中所示的阶跃响应性能指标在查找传递函数之前确定了二次系统参数。第四章系统的时域分析，第29章，第四章系统的时域分析，30章，稳态误差，第

6、四章系统的时域分析，31章，扰动下的稳态误差，图形系统，系统输入的R(s)，系统扰动角色的N(s)，E(s)和ess，查找第4章系统的时域分析，32，I，频率响应，正弦信号的稳态响应。输入：稳态输出：第五章系统的频域分析，33，2，频率特性，频率特性表示分析方法：G(jw)幅频特性：A(w)=B/A=| G(G)极坐标或Nyquist图表；第5章系统的频域分析，34，正弦输入r(t)=2sin2t的频率响应如下：第5章系统的频域分析，35，3，频率特性的对数坐标图(鸟，Bode图)，对数幅频特性图水平坐标：对数相位频率特性图横坐标：与对数幅频特性图相同。纵坐标：线性分度，频率属性的相位角度j

7、(w)，单位度。第5章系统的频域分析，36，典型链路Bode图的特性，第5章系统的频域分析，37，绘制系统鸟图的一般步骤：1)以标准连接的串行形式编写传输函数。2)选定Bode图表坐标系所需的频率范围，通常约为最小系统位置参数频率的1/10，最大频率约为最大位置参数频率的10倍；确定坐标比例尺。确定每个链接的位置参数频率，并按从低到高的顺序在对数坐标图纸上标注位置参数频率。第5章系统的频域分析，38，3)计算20lgK，并查找w1rad/s中纵坐标为20lgK的点。超出此点后，将成为斜度为-20ldB/dec的直线(积分环)。4)每次转折频率渐近斜率发生变更时。惯性链路，倾斜下降到20dB/d

8、ec。振动链路，倾斜下降到40dB/dec。一阶微分环节，斜率20dB/dec；增加；增加。二阶微分链接，斜率上升40dB/dec。注：对数幅频特性曲线必须显示斜率！5)在对数相位频率特性图中，分别绘制了每个典型链路的对数相位特性曲线，并在纵轴方向上叠加了每个典型链路的对数相位特性曲线，得到了系统的对数相位频率特性曲线。您也可以逐点绘制J(w)的表示式。，第5章系统的频域分析，低波段对数幅频特性，39，0，20，40，-20，-40，0.1，1，10，(2)分别解决频率为零和无穷大时的频率特性(实际值和虚值，即坐标点)。(3)找到nai图形与实际轴和假想轴的交点。(4)绘制Nyquist图的近

9、似形状，由(w)、A(w)的变化趋势绘制。42，5章系统的频域分析，43，5和最小相位系统的概念，系统传递函数G(s)的所有零点和极点位于s平面的左半平面时，称为“最小相位传递函数”。6，闭环频率特性和频域性能指标，(1)谐振频率wr和谐振峰值Mr，w=0的振幅为M(0)=1时，M的最大Mr称为谐振螺距。如果W=0时M(0)不是1，则Mr=Mmax(wr)/M(0)，谐振峰上的频率wr称为谐振频率。第五章系统的频域分析，(0z0.707)，44，(2)阻塞频率WB和带宽，闭环频率响应的振幅低于0频率值3分贝，则该频率称为阻塞频率。即，M(w)淡入到0.707M(0)时的相应频率。第五章系统的频

10、域分析，45，解决方案：可以确定为二次欠阻尼系统。例如，实验对闭环系统的对数幅频特性进行了如图所示的测量，以确定系统的动态性能。可确认，第五章系统的频域分析，46，稳定性定义，该干扰效果消除后，如果系统能在足够的时间内恢复到原始平衡状态，则系统稳定。线性系统稳定性具有所有特征根为负或负的实体，即所有特征根位于多个平面左半部分的先决条件。第六章系统的稳定性，一般来说，确定系统稳定性的方法是：1，间接知道直接计算或系统特征方程的根。2，确定特征表达式根部有负真实部分的系统参数的区域。47，1，验证各种系数，包括劳氏准则，常数，是否完整且大于0。如果是，请执行第二步。否则，系统将不稳定。1)列出系统

11、特征表达式：2)按系统的特征表达式列创建Strauss表，3)调查Strauss阵列表中第一列数的符号，如果第一列中每列数的符号相同，则系统指示正实际特征根数等于0，系统稳定。第6章系统的稳定性，48，laus表，第6章系统的稳定性，49，例如，系统原理图确定当输入信号是单位灯函数时，该系统的稳态误差是否小于0.1。第六章系统稳定性，50，解决方案：只有稳定的系统计算稳态误差才有意义。先判断稳定性。系统特性方程知道劳氏准则稳定的条件。也就是说，不能满足的要求，第六章系统的稳定性，51，2，Nyquist稳定性标准，Nyquist标准是基于系统的开环频率特性而不是闭环特性来研究闭环系统稳定性。通过系统的开环奈奎斯特图和开环极的位置，判断s平面上闭环特征方程的根位置，确认系统的稳定性。可以确定系统的稳定性(相对稳定性)。NZ，闭环系统稳定的充分条件是，随着w的变化，G(j)H(j)曲线逆时针方向位于GH平面上的点(-1，j0)的数目N等于开环传递函数右极数P (N=p)。第6章系统的稳定性，52，3，相位裕度和振幅裕度，(1)相位裕度，开环G(s)H(s)的年图中，从原点到年际和单位圆的交点的直线连接的情况下，直线和负实轴之间的角度称为相位裕度。以g表示。振幅交叉频率WC:开环Nyquist曲线对应于单位圆交点的频率WC称为振幅交叉频率或剪切频率。，g大