【重庆大学】自动控制原理部分重点

自动控制原理重点第一章 自动控制系统的基本概念第二节 闭环控制系统的基本组成1、基本组成 结构方块图如图所示2、基本元部件： （1）控制对象：进行控制的设备或过程。（工作机械） （2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。（电动机） （3）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相同的物理量（测速发电机） （4）中间环节：一般指放大元件。（放大器，可控硅整流功放） （5）给定环节：设定被控量的给定值。（电位器） （6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。 （7）校正环节：用于改善系统性能。校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。第3节 自控控制系统的分类一、按数学描述形式分类：1线性系统和非线性系统（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。2连续系统和离散系统（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。连续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。（2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。计算机控制系统就是典型的离散系统。二、按给定信号分类（1）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。（2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。（3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 第4节 对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求归纳为稳定性、动态特性和稳态特性三个方面1、系统的暂态过程 2、稳定性 3、动态特性 4、稳态特性 值得注意的是，对于同一个系统体现稳定性、动态特性和稳态特性的稳、快、准这三个要求是相互制约的。第二章 线性连续系统的数序模型第三节 传递函数 传递函数的定义：线性系统在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比。第4节 系统动态结构图一、概念G(S)H(S)Xf(S)E(S)Xr(S)XC(S)- 1.动态结构图：是描述系统各组成元件之间信号传递关系的数学图形，它表示了系统的输入输出之间的关系。 2.结构图的组成： （1）信号线：带箭头的直线，箭头表示信号传递方向。 （2）引出点（分离点）：表示信号引出或测量的位置。 （3）比较点（相加点）：对两个以上信号加减运算。 （4）方框：方框图内输入环节的传递函数。第5节 信号流程图一、基本概念及常用术语信号流程图简称信号流图，是一种用图线表示线性方程组的方法。第6节 脉冲响应函数（定义？）系统r(t)单位脉冲函数y(t)脉冲响应函数定义：系统或环节的单位脉冲响应函数的拉氏变换即为系统或环节的传递函数。重点参考例2-4、2-11、2-12第三章 控制系统的时域分析法第一节 典型输入信号和时域性能指标一、典型的输入信号1.阶跃信号 2.斜坡信号 3.抛物线信号 4.脉冲信号 5.正弦信号二、时域性能指标（以单位阶跃信号输入时，系统输出为主要特征量）（1）动态性能指标反应快速性 上升时间tr：响应曲线从零到第一次达到稳态值所需要的时间。 峰值时间tp：响应曲线从零到第一个峰 值所需要的时间。 调节时间ts：响应曲线从零到达并停留在稳态值的 或 误差范 围所需要的最小时间。 超调量 ：系统在响应过程中，输出量的最大值超过稳态值的百分数。（2）稳态性能指标 稳态性能指标用稳态误差ess来描述，是系统抗干扰精度或抗干扰能力的一种量度。第二节 一阶系统分析一阶系统定义：用一阶微分方程描述的系统。第3节 二阶系统分析二阶系统定义：用二阶微分方程描述的系统。第5节 稳定性分析及代数判据一、稳定的概念及条件： 稳定概念：如果系统受扰动后，偏离了原来的工作状态，而当扰动取消后，系统又能逐渐恢复到原来的工作状态，则称系统是稳定的。 稳定条件：系统特征方程式所有的根都位于平面的左半平面。二、判定系统稳定的方法： 一、二阶系统稳定条件： 特征方程的各项系数均为正。 高阶系统 应用劳斯判据和胡尔维茨稳定判据。三、劳斯判据 系统特征方程的标准形式：第6节 稳态误差分析及计算重点参考例3-1、3-2、3-3、3-12第四章 控制系统的根轨迹分析法第二节 绘制根轨迹的基本条件和基本规则（画图）八条准则参考例4-6、4-7第五章 控制系统的频率特性分析法第一节 频率特性的基本概念一、频率特性的定义 稳定的线性定常系统，其对正弦函数输入下的稳态响应，称为频率响应。输出与输入的振幅比，称为系统的幅频特性。它描述了系统对不同频率的正弦函数输入信号在稳态情况下的衰减（或放大）特性；输入与输出的相位差，称为系统的相频特性。相频特性描述了系统的稳态输出对不同频率的正弦输入信号在相位上产生的相角迟后或相角超前的特性；幅频特性和相频特性，称为系统或环节的频率特性。2、 频率特性和传递函数之间的关系第2节 频率特性的表示方法1、 代数解析法2、 图形表示法1. 极坐标图（幅相频率特性图或奈奎斯特图）2.博德图（对数频率特性图）第三节 典型环节的频率特性第四节 系统开环频率特性绘制第五节 用频率法分析系统的稳定性第六节 用频率法分析系统的稳态性能第七节 用开环频率特性分析系统的动态性能重点参考例5-4、5-6第六章 频率法校正第一节 频率法校正的基本概念一、性能指标 1.时域性能指标： 静态指标：稳态误差；无差度阶数；开环放大系数等。 动态指标：调节时间；超调量；上升时间、峰值时间和振荡次数等。 2.开环频率特性指标： 截止频率；相角稳定裕度；幅值稳定裕度；中频宽度。第2节 串联超前校正二、校正原理 用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。由于RC组成的超前网络具有衰减特性，因此，应采用带放大器的无源网络电路，或采用运算放大器组成的有源网络。第3节 串联滞后校正基于频率响应法串联滞后校正原理、方法： 由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而当它与系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率 减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。主要是概念方面的问题第七章 非线性系统分析第一节 控制系统中典型非线性特性一、非线性系统组成： 非线性环节+线性环节二、典型非线性特性(4种)2、死区 1、饱和 3、继电器第2节 描述函数法一、描述性函数的定义非线性元件的输入为正弦波时，将其输出的非正弦波的一次谐波（基波) 与输入正弦波的复数比，定义为非线环节的描述函数。饱和、死区、继电器第八章 线性离散控制系统的分析与综合1、 与连续系统的区别？2、 什么是采用？采样过程的定义？香农采样定理？ 采样过程：把一连续信号转换成一串脉冲序列或数码信号的过程，称为采样过程。3、 脉冲函数怎样求?4、 稳定性判断？参考例8-13