《自动控制原理复习》PPT课件

山 大 校 园 风 景 学 习 指 导 与 小 结 本 门 课 程 为 4学 分 ， 考 试 方 式 ： 笔 试 ； 考 试 方法 ： 1页 开 卷 90 平 时 10 。 原 则 上 每 章 都 有 考题 ， 试 题 来 自 考 试 中 心 的 题 库 ， 题 库 的 题 型 分 为概 念 题 、 计 算 题 、 画 图 题 三 类 ， 其 中 概 念 题 又 分为 : 名 词 解 释 填 空 单 项 选 择 是 非 判 断 简 答 等 试 题 以 考 察 学 生 的 基 本 理 论 、 基 本 知 识 、 基本 技 能 为 目 的 。 从 以 前 的 考 试 来 看 ， 系 统 校 正 的工 程 作 图 法 是 一 个 薄 弱 环 节 ， 希 望 同 学 们 在 复 习时 加 强 训 练 。 第 一 章 自 动 控 制 概 述1 基 本 原 理 （ 知 识 点 ）1.自 动 控 制 在 无 人 直 接 参 与 情 况 下 ， 利 用 控 制 装 置使 被 控 对 象 的 被 控 量 自 动 的 按 预 定 规 律 变 化 。2. 负 反 馈 控 制 原 理 将 输 出 量 引 回 输 入 端 ,与 输 入 比 较 ,利 用所 得 偏 差 进 行 控 制 ,使 偏 差 减 小 或 消 除 。 3. 术 语(1) 被 控 对 象 被 控 制 的 机 器 、 设 备 或 生 产过 程 。(2) 被 控 量 描 述 被 控 对 象 工 作 状 态 的 物 理量 。(3) 给 定 量 对 系 统 输 出 量 的 希 望 值 。(4) 扰 动 量 对 输 出 量 有 不 利 影 响 的 输 入 量 。4. 基 本 控 制 方 式 开 环 控 制 、 闭 环 控 制 、复 合 控 制 。 5. 控 制 系 统 的 组 成 校 正 元 件执 行 元 件放 大 元 件比 较 元 件测 量 元 件给 定 元 件控 制 器被 控 对 象自 动 控 制 系 统 6. 基 本 分 类(1)线 性 与 非 线 性 系 统 的 分 类 状 态 方 程变 系 数 微 分 方 程时 变 状 态 方 程频 率 特 性传 递 函 数常 系 数 微 分 方 程定 常线 性 系 统 描 述 本 质非 本 质状 态 方 程非 线 性 微 分 方 程非 线 性 系 统 分 类描 述 状 态 空 间 法频 域 法根 轨 迹 法时 域 法分 析 法 状 态 空 间 法时 域 法分 析 法 本 质非 本 质 线 性 化 法分 析 法 状 态 空 间 法相 平 面 法描 述 函 数 法分 析 法(2)按 给 定 输 入 形 式 分 类恒 值 、 随 动 、 程 序 控 制 系 统 。 7. 对 控 制 系 统 的 基 本 要 求要 求 输 出 等 于 给 定 输 入 所 要 求 的 期 望 输 出 值 ；要 求 输 出 尽 量 不 受 扰 动 的 影 响 。衡 量 一 个 系 统 是 否 完 成 上 述 任 务 ， 把 要 求 转化 成 三 大 性 能 指 标 来 评 价 ：稳 定 系 统 的 工 作 基 础 ；准 确 稳 态 精 度 要 高 ， 误 差 要 小 。快 速 、 平 稳 暂 态 过 程 时 间 要 短 ， 振 荡 要 小 。 二 . 基 本 要 求 （ 考 点 ）1.基 本 概 念2.明 确 系 统 的 工 作 原 理 ， 正 确 判 别 系 统 的控 制 方 式 。3.掌 握 由 系 统 工 作 原 理 图 绘 方 框 图 的 方 法 。 第 二 章 数 学 模 型1 基 本 概 念1.传 递 函 数(1)定 义 在 线 性 定 常 系 统 中 ， 初 始 条 件 为 零 时 ， 输出 的 拉 氏 变 换 与 输 入 的 拉 氏 变 换 之 比 。(2)性 质 G(s)仅 适 用 于 初 始 条 件 为 零 的 线 性 系 统 。 G(s)只 描 述 系 统 的 输 入 、 输 出 特 性 。 G(s)只 与 系 统 自 身 的 结 构 、 参 数 有 关 ， 与 输 入 、初 始 条 件 无 关 。 G(s)中 总 是 n m 。 G(s) Lg(t) (3)求 取 由 微 分 方 程 由 有 源 、 无 源 电 网 络 传 递 函 数由 信 号 流 图 传 递 函 数结 构 图图 解 法 传 递 函 数由 微 分 方 程定 义 法 梅 逊 公 式化 简 dtds 2. 结 构 图 （ 方 框 图 ）(1)等 效 变 换(2)由 方 框 图 求 闭 环 传 递 函 数(3)系 统 的 典 型 传 递 函 数)( )()(,)( )()( )( )()(,)( )()( sN sEssN sCs sR sEssR sCs nen e 图 2-24 闭 环 系 统 的 典 型 方 框 图 3.信 号 流 图(1) 术 语 源 (汇 )节 点 ， 前 向 通 路 ，回 路 ， 不 接 触 回 路 。(2) Mason公 式 nk kkPsG 11)(PK 第 K条 前 向 通 路 的 增 益 K 第 K条 前 向 通 路 的 余 子 式 =1- L1+ L2-L3+(-1)m Lm 微 分 方 程 传 递 函 数方 框 图 信 号 流 图四 种 模 型 之 间 的 转 换 关 系 二 .基 本 要 求 (考 点 )(1)掌 握 传 递 函 数 的 定 义 和 性 质 ；(2)掌 握 用 拉 氏 变 换 解 微 分 方 程 的 方 法 ；(3)明 确 结 构 图 与 信 号 流 图 的 关 系 ；(4)熟 练 运 用 梅 逊 公 式 求 传 递 函 数 。 第 三 章 时 域 分 析 法一 .基 本 概 念 1. 稳 定 性 (1)定 义 在 扰 动 消 失 后 ， 系 统 能 否 回 到原 来 平 衡 状 态 的 性 能 。(2)条 件 必 要 条 件 特 征 方 程 系 数 均 为 正 ， 即 ai 0 (i =0, 1 n) 充 要 条 件 闭 环 特 征 根 均 为 负 实 部 ， 即 R e(si) 0条 件 下 ， 各 阶 主 子 行 列 式 Di 0 （ i 1， 2 n） 。 稳 定 性 只 与 系 统 自 身 结 构 参 数 有 关 ， 而 与 初 始 条件 、 外 作 用 大 小 无 关 。 稳 定 性 只 取 决 于 系 统 闭 环 极 点 ， 而 与 系 统 零 点 无关 。 2.误 差 及 稳 态 误 差(1) 误 差 的 两 种 定 义从 输 出 端 定 义 误 差 e (t)= c0(t) - c(t)从 输 入 端 定 义 偏 差 e(t)=r(t)-b(t) 单 位 反 馈 系 统 e (t)= e (t) 非 单 位 反 馈 系 统 E(s)=H(s) e (s)(2)稳 态 误 差 定 义 稳 定 系 统 误 差 的 终 值 。)(lim)(lim 0s ssEtee tss j 只 有 对 稳 定 的 系 统 计 算 稳 态 误 差 才 有 意 义 ！ 一 阶 系 统 时 域 分 析无 零 点 的 一 阶 系 统 TssG 1)( 11)( Tss)()( ttr 单位脉冲响应 TteTtg 1)( (画 图 时 取 T=0.5)g(0)= T1g (0)= T12 一 阶 系 统 时 域 分 析 TssG 1)( 11)( Tss)(1)( ttr Tteth 1)( (画 图 时 取 T=0.5)单位阶跃响应 h(0)=1/Th(T)=0.632h()h(2T)=0.865h()h(3T)=0.95h()h(4T)=0.982h() 一 阶 系 统 时 域 分 析 TssG 1)( 11)( Tssttr )( TtTeTttc )()( (画 图 时 取 T=0.5)单位斜坡响应 T 一 阶 系 统 时 域 分 析TssG 1)( 11)( Tssr(t)= 1(t) r(t)= t g(0)= T1g (0)= T12)()( ttr )()()( )(1)(1)( 222 tcdtdthdtdtg ttdtdtdtdt (2)典 型 二 阶 系 统 数 学 模 型 22 22 2)()2()( nnnnn ssssssG 根 的 分 布 与 h(t)的 关 系 11100 1 122,1 nns j0 1 ns 2,1 22 22)( nnn sss j00 1 2 2,1 1 nn js j0 0 S1,2 = jn j0 不 同 时 ,特 征 根 的 分 布 22 22)( nnn sss 跃 响 应 定 性 分 析二 阶 系 统 单 位 阶 j0j0 j0j0T11T21 1 10 1 0h(t)= 1 T 2tT1T2 1e+T1tT2T1 1e+ tn netth )1(1)()sin(11)( 2 teth dtn tth ncos1)( 过 阻 尼 临 界 阻 尼欠 阻 尼 零 阻 尼 与 暂 态 指 标 的 关 系、时 ， 特 征 参 数 n10 nn dd e 4t3t %100%tt s(2%)s(5%) 1pr 2 附 加 闭 环 零 点 对 系 统 性 能 的 影 响 附 加 闭 环 极 点 对 系 统 性 能 的 影 响 pr t ,t ，使 pr t ,t ，使(3)高 阶 系 统1)偶 极 子 零 、 极 点 之 间 的 距 离 比 它 们 的 幅 值 小一 个 数 量 级 。 零 、 极 点 可 抵 消 。2)闭 环 主 导 极 点 距 虚 轴 较 近 ,且 附 近 没 有 其 它 的 闭 环 零 点 与 极 点 。 其 实 部 的 绝 对 值 应 比 其 它 极 点 的 实 部 绝 对 值 小五 倍 以 上 。 二 . 基 本 要 求 (考 点 )1.熟 悉 稳 定 性 的 概 念 ,掌 握 代 数 稳 定 判 据 及 根 据 稳定 性 要 求 确 定 系 统 参 数 的 方 法 。2.掌 握 稳 态 误 差 的 定 义 、 计 算 方 法 和 减 小 稳 态 误差 的 措 施 。3.掌 握 一 、 二 阶 系 统 数 学 模 型 及 特 征 参 数 的 确 定 。4.掌 握 典 型 二 阶 系 统 欠 阻 尼 情 况 下 性 能 指 标 计 算 。5.应 用 闭 环 主 导 极 点 概 念 把 高 阶 系 统 简 化 为 低 阶系 统 ， 对 高 阶 系 统 的 性 能 近 似 估 算 。 第 四 章 频 率 响 应 法一 .基 本 概 念 （ 知 识 点 ）1.频 率 特 性(1)定 义 线 性 系 统 的 稳 态 输 出 正 弦 量 与 输 入 正 弦 量 的复 数 比 。(2)求 法 (3)图 解 形 式 幅 相 图 (Nyquist图 ) 粗 略 画 三 个 特 殊 点 Bode图 L()依 次 画 出 ， j()叠 加 最 小 相 位 系 统 G(s)中 ， 无 右 极 点 或 右 零 点 的 系 统 。(4)频 率 响 应 jssG )( )(jt(sin)()( jRtct 2.稳 定 性 分 析(1)Nyquist判 据 N = p - z 稳 定 条 件 ： 满 足 z = p N = 0 或 z = P 2N1 = P 2(a1 b1)=0(2)对 数 稳 定 判 据 =0 稳 定 条 件 ： j(c) (2k+1) (k=0, 1, 2 ) 和 L() 0时 ， j() 穿 越 -线 的 次 数 N1 = a1 b1 满 足 z = p - 2N1 = 0(3)稳 定 裕 量 相 角 裕 量 g 180+ G(j c)H(jc) 幅 值 裕 量 kg= -20lg G(jg)H(jg) 3.稳 态 误 差 计 算 ess 与 n、 k、 r(t)有 关 由 L()起 始 段 斜 率 和 位 置 确 定 n、 k ，再 根 据 r(t)、 kp、 kv 、 ka确 定 ess 。二 .基 本 要 求 （ 考 点 ）1.掌 握 频 率 特 性 的 基 本 概 念 。2.运 用 频 率 特 性 确 定 系 统 稳 态 响 应 。3.掌 握 极 坐 标 图 和 Bode图 的 绘 制 。4.掌 握 Nyquist稳 定 判 据 及 稳 定 裕 量 的 计 算 。5.由 Bode图 反 求 传 递 函 数 。 第 五 章 根 轨 迹 法一 .基 本 概 念1.定 义 开 环 系 统 的 某 一 参 数 变 化 时 ， 闭 环 极 点在 s平 面 上 移 动 的 轨 迹 。2.分 类(1)常 规 根 轨 迹 （ 负 反 馈 系 统 ， 以 K1为 参 变 量 ）(2)参 数 根 轨 迹 （ 负 反 馈 系 统 ， 以 非 K1为 参 变 量 ）(3)零 度 根 轨 迹 （ 正 反 馈 系 统 ， 以 K1为 参 变 量 ）3.根 轨 迹 方 程 G(s)H(s)= -1 (180根 轨 迹 )(1)幅 值 条 件 （ 必 要 条 件 ） ;(2)相 角 条 件 （ 充 要 条 件 ） 4.绘 制 规 则 （ 8条 ）由 规 则 只 能 确 定 主 要 特 征 ， 得 到 粗 略 根 轨 迹 。 1.正 确 理 解 根 轨 迹 的 概 念 。2.能 熟 练 应 用 根 轨 迹 的 幅 值 条 件 和 相 角 条件 。3.能 用 绘 制 规 则 绘 制 常 规 根 轨 迹 与 参 数 根轨 迹 。 第 六 章 系 统 校 正 利 用 增 加 辅 助 装 置 改 善 系 统 性 能 的 方 法 。 利 用 超 前 网 络 的 相 角 超 前 特 性补 偿 未 校 系 统 的 相 角 迟 后 ， 从 而 增 大 g， 改 善 系 统 暂态 性 能 。 利 用 滞 后 网 络 幅 值 上 对 高 频 的衰 减 作 用 减 小 c2 ， 但 保 持 c2 附 近 相 频 曲 线 基 本 不变 ， 从 而 增 大 g， 改 善 系 统 暂 态 性 能 。 c ts g % 抗 干 扰 能 力 下 降 。 在 c 附 近 ， 随 增 大 ， 相 角 滞 后 缓慢 增 加 的 情 况 。 c g、 % cts 在 c 附 近 ， 随 增 大 ， 相 角 滞 后 急剧 增 加 的 情 况 。 1.熟 悉 系 统 设 计 与 校 正 的 基 本 概 念 。2.明 确 超 前 与 滞 后 校 正 的 作 用 、 优 缺 点及 适 用 范 围 。3.掌 握 用 频 率 法 设 计 串 联 超 前 校 正 和 串联 滞 后 校 正 的 方 法 。 (采 用 工 程 作 图 法 ） 第 七 章 离 散 控 制 系 统1.掌 握 香 农 采 样 定 理2.掌 握 用 z变 换 法 解 差 分 方 程 。3.掌 握 脉 冲 传 递 函 数 G(z)及 系 统 输 出信 号 z变 换 C(z)的 求 法 。4.掌 握 判 断 离 散 系 统 稳 定 性 的 方 法 。 第 八 章 非 线 性 系 统 分 析1.了 解 非 线 性 系 统 的 特 点 。2.掌 握 描 述 函 数 的 定 义 及 应 用 条 件 。3.掌 握 稳 定 性 判 据 、 自 振 分 析 。4.根 据 描 述 函 数 判 定 非 线 性 系 统 的 稳 定性 ， 确 定 自 振 振 幅 和 频 率 。 第 九 章 现 代 控 制 理 论 基 础 一 .掌 握 由 微 分 方 程 （ 或 传 递 函 数 ）建 立 系 统 能 控 、 能 观 、 对 角 标 准 型 状态 空 间 表 达 式 的 方 法 ， 二 .掌 握 线 性 系 统 状 态 方 程 的 求 解 。三 .掌 握 能 控 性 判 据 与 能 观 性 判 据 。四 .由 状 态 空 间 表 达 式 求 传 递 函 数 。 学 习 是 一 种 很 艰 苦 的 劳 动 ， 但 通 过 学 习 掌 握 的 知 识 是 牢 固 的 。 “ 学 问 是 苦 根 上 长 出 来 的 甜 果 ” 。 谢谢 ！