最新自動控制原理知識點匯總

1、精品文檔自動控制原理總結(jié)第一章緒 論技術術語1. 被控對象:是指要求實現(xiàn)自動控制的機器、設備或生產(chǎn)過程。2. 被控量：表征被控對象工作狀態(tài)的物理參量(或狀態(tài)參量)，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、電壓、位移等。3. 控制器：又稱調(diào)節(jié)器、控制裝置，由控制元件組成，它接受指令信號，輸出控制作用信號于被控對象。4. 給定值或指令信號 r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信號，是系統(tǒng)的輸入信號。5. 干擾信號 n(t)：又稱擾動值，是一種對系統(tǒng)的被控量起破壞作用的信號。6. 反饋信號 b(t)：是指被控量經(jīng)測量元

2、件檢測后回饋送到系統(tǒng)輸入端的信號。7. 偏差信號 e(t)：是指給定值與被控量的差值，或指令信號與反饋信號的差值。閉環(huán)控制的主要優(yōu)點：控制精度高，抗干擾能力強。缺點：使用的元件多，線路復雜，系統(tǒng)的分析和設計都比較麻煩。對控制系統(tǒng)的性能要求 :穩(wěn)定性 快速性 準確性穩(wěn)定性和快速性反映了系統(tǒng)的過渡過程的性能。準確性是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的指標，反映了動態(tài)過程后期的性能。第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型拉氏變換的定義:F ( s ) =ò+¥f ( t ) e&#

3、160;- st d t0幾種典型函數(shù)的拉氏變換精品文檔精品文檔1.單位階躍函數(shù) 1(t)2.單位斜坡函數(shù)3.等加速函數(shù)4.指數(shù)函數(shù) e -at5.正弦函數(shù) sin t6.余弦函數(shù) cos t7.單位脈沖函數(shù)( 函數(shù))拉氏變換的基本法則1.線性法則2.微分法則3.積分法則L   é òëûsf ( t )d t ù = 1F&#

4、160;( s )4.終值定理e (¥ ) = lim e ( t ) = lim sE ( s )t ®¥s ® 05.位移定理Léë f (t -t 0 )ùû = e-t0sF(s)Lëé e at f&

5、#160;( t ) ùû = F ( s - a )傳遞函數(shù)：線性定常系統(tǒng)在零初始條件下，輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比稱為系統(tǒng)(或元部件)的傳遞函數(shù)。動態(tài)結(jié)構圖及其等效變換1.串聯(lián)變換法則2.并聯(lián)變換法則3.反饋變換法則4.比較點前移“加倒數(shù)”；比較點后移“加本身”。5.引出點前移“加本身”；引出點后移“加倒數(shù)”精品文檔精品文檔梅森（S. J. Mason）公式求傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)1.比例(放大)環(huán)節(jié)2.積分環(huán)節(jié)3.慣性環(huán)節(jié)F

6、60;( s ) =      4.一階微分環(huán)節(jié)5.振蕩環(huán)節(jié)C ( s )   1R ( s )   Dnåk = 1P DkkG ( s ) =1T 2 s 2 + 2x Ts + 16.二階微分環(huán)節(jié)第三章時域分析法二階系統(tǒng)分析

7、Jw 2 = Kn2xw =nFJG ( s ) =w 2ns 2 + 2 xw s + wn2n二階系統(tǒng)的單位階躍響應1.過阻尼>1 的情況 ：系統(tǒng)閉環(huán)特征方程有兩個不相等的負實根。精品文檔精品文檔過阻尼二階系統(tǒng)可以看成兩個時間常數(shù)不同的慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。當 T1=T2(=1 的臨界阻尼情況):調(diào)節(jié)時間 ts=4.75T1；當 T1=4T2(=1.25)時: t

8、s3.3T1；當 T1>4T2(>1.25)時: ts3T1。2.臨界阻尼 =1 的情況：3.欠阻尼 0<<1 的情況：平穩(wěn)性：阻尼比  越大，超調(diào)量越小，響應的振蕩傾向越弱，平穩(wěn)性越好。反之，阻尼比越小，振蕩越強，平穩(wěn)性越差?？焖傩裕?#160;過大，系統(tǒng)響應遲鈍，調(diào)節(jié)時間 ts 長，快速性差； 過小，雖然響應的起始速度較快，但因為振蕩強烈，衰減緩慢，所以調(diào)節(jié)時間 ts 也長，快速性差。欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應性能指標1.上升時間和阻尼頻

9、率 b = arccosxw = wdn1 - x 22.峰值時間t-r  =  w b3.超調(diào)量%ds % = h(tp ) - 11´ 100%= e- x /                &#

10、160;    t1-x 2 ´ 100%wp   =  d=         w 1 -n4.調(diào)節(jié)時間 ts當阻尼比  <0.8 時，近似取為( 取 2% 誤s差帶= )h ( ¥ )    

11、´ 100%t =3.5sxwn( 取 5% 誤差帶 )       t = 4.5s xwnh ( t ) - h ( ¥ )% p精品文檔精品文檔設計二階系統(tǒng)時，一般取  0.707 作為最佳阻尼比。二階系統(tǒng)響應性能的改善措施：1比例微分控制2測速反饋控制穩(wěn)定性及代數(shù)判據(jù)1.赫爾維茨 

12、(Hurwitz)穩(wěn)定性判據(jù)2.林納得-奇帕特(Lienard-Chipard)判據(jù)(1)系統(tǒng)特征方程的各項系數(shù)大于零，即 ai>0 (i=0，1，2，3，n)。(2) 奇數(shù)階或偶數(shù)階的赫爾維茨行列式大于零，即 D 奇 >0 或 D 偶>0。3勞思(Routh)判據(jù)勞思表中第一列所有元素的計算值均大于零，如果第一列出現(xiàn)小于零的元素，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。并且第一列中數(shù)值符號改變的次數(shù)等于系統(tǒng)特征方程正實部根的數(shù)目。典型輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差精品文檔精品文檔第五章 頻域分析法頻率法系統(tǒng)

13、的頻率響應定義為系統(tǒng)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應。只要把傳遞函數(shù)式中的 s 以 j置換，就可以得到頻率特性，即11=1 + jw T1 + Tss = jwF (j w )= F (s )s=j wF ( j w ) = F ( j w ) e jÐF ( jw )

14、0;= M (w ) e jj (w )M (w ) = F ( jw )j (w ) = ÐF ( j w )頻率特性圖示法 ：1.直角坐標圖2.奈奎斯特曲線圖3.對數(shù)坐標圖伯德圖(H.W.Bode)伯德圖包括對數(shù)幅頻和對數(shù)相頻兩條曲線。L ( w ) = 20 lg M (&

15、#160;w )典型環(huán)節(jié)的頻率特性：1.比例環(huán)節(jié)(放大環(huán)節(jié))2.積分環(huán)節(jié)3.微分環(huán)節(jié)4.慣性環(huán)節(jié)精品文檔精品文檔5.一階微分環(huán)節(jié)6.振蕩環(huán)節(jié)7.二階微分環(huán)節(jié)8.一階不穩(wěn)定環(huán)節(jié)9.延遲環(huán)節(jié)開環(huán)幅相特性曲線的繪制：系統(tǒng)開環(huán)幅相特性的特點當頻率 =0 時，其開環(huán)幅相特性完全取決于比例環(huán)節(jié) K 和積分環(huán)節(jié)個數(shù) 。0 型系統(tǒng)起點為正實軸上一點,I 型及 I 型以上系統(tǒng)起點幅值為無窮大,相角為-·90°。當頻率  = 時，若 n>m(即傳遞函

16、數(shù)中分母階次大于分子階次)，各型系統(tǒng)幅相曲線的幅值等于 0，相角為-(n-m)·90°。伯德圖的繪制：系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻等于各環(huán)節(jié)對數(shù)幅頻之和；系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻等于各環(huán)節(jié)對數(shù)相頻之和。正問題：繪制系統(tǒng)的伯德圖。反問題：求傳遞函數(shù)。繪制對數(shù)幅頻特性的步驟：1.確定出系統(tǒng)開環(huán)增益 K，并計算 20lgK。2.確定各有關環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率，并把有關的轉(zhuǎn)折頻率標注在半對數(shù)坐標的橫軸上。3.在半對數(shù)坐標上確定 =1(1/s)且縱坐標等于 20lgK dB 的點 A。過 A 點做一直線，使其斜

17、率等于-20 dB/十倍頻程。當 =0, =1, =2 時，斜率分別是(0，-20，-40)/十倍頻程。精品文檔精品文檔4.從低頻段第一個轉(zhuǎn)折頻率開始做斜直線，該直線的斜率等于過 A 點直線的斜率加這個環(huán)節(jié)的斜率（慣性環(huán)節(jié)加-20，振蕩環(huán)節(jié)加-40，一階微分環(huán)節(jié)加+20 的斜率），這樣過每一個轉(zhuǎn)折頻率都要進行斜率的加減。5.高頻段最后的斜線的斜率應等于-20(n-m) dB/十倍頻程。6.若系統(tǒng)中有振蕩環(huán)節(jié)，當 <0.4 時，需對 L()進行修正。繪制對數(shù)相頻特性的步驟

18、：1.在半對數(shù)坐標紙上分別繪制出各環(huán)節(jié)的相頻特性曲線。2.將各環(huán)節(jié)的相頻特性曲線沿縱坐標方向相加，從而得到系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻特性曲線 ()。當   0 時，() -·90°。當    時，() -(n-m)·90°。系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線與橫軸(0 dB 線)交點的頻率稱為穿越頻率或截止頻率 c。系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻特性曲線與-180°線交點的頻率稱為相頻截止頻率 g。傳遞函數(shù)中沒有右極點、右零點的系

19、統(tǒng)，稱為最小相角系統(tǒng)（最小相位系統(tǒng)）。穩(wěn)定判據(jù)及穩(wěn)定裕度1.奈氏判據(jù)2.對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)：一個反饋控制系統(tǒng)，其閉環(huán)特征方程正實部根個數(shù)為Z，可以根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)右半 s 平面極點數(shù) P 和開環(huán)對數(shù)幅頻特性為正值的所有頻率范圍內(nèi)，對數(shù)相頻曲線對-180°線的正負穿越之差 N=N+-N-決定Z=P-2NZ=0，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；否則，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定裕度1精品文檔精品文檔2相位裕量: 定義為 180°+開環(huán)幅相曲線幅值為 1 時的相角。值越大，其系統(tǒng)的穩(wěn)定程度越高，

20、工程上一般要求40°(40°60°)。g = 180o+ j ( w )   g = 180 o + Ð G ( j wcc) H ( j w )c34幅值裕量 h：開環(huán)幅相曲線與負實軸交點處的模值|G(jg)H(jg)|的倒數(shù)。G ( j w  ) H

21、60;( j w  )( j w)  H   ( j w)h =1ggLh   = 0 - 20 lg G g                       g=  - 20  lg G ( j w ) H ( j w )g                   &#