自動控制原理重要概念

1、開環(huán)控制信號只從控 制裝置向被控對 象傳遞，而無反向 傳遞（即無反饋）， 即信號傳遞路徑 不構成閉合回路。挖制裝置擾動量圖L2-1開環(huán)控制系統方框圖 習結構簡單，成本低。 但因為沒有反饋，所以沒 有減少誤差的功能。當受 到干擾后誤差較大。結構簡單、成本低， 但誤差大閉環(huán)控制（自控的主要研究對象）通過測量裝置檢 測輸出量，并與輸入 量進行比較，進而使 控制裝置按照二者偏 差來調節(jié)輸出量。此 系統存在信號的反向 傳遞（即有反饋）， 構成了閉合回路。（注：由給定量至被動量伍亟輸出倍號輸人信號c |”吐£ 圖L2-3閉環(huán)控制系統的方框、測量裝置（輸由益）誤差 小，在工 程上廣泛 應用誤差 小

2、，廣泛 應用第1章自動控制概念1. 自動控制指：在沒有人直接參與下，利用 外加設備和裝置，使機器設備或生產過程的某個 工作狀 態(tài)或參數自動按照預定的規(guī)律運行。2. 外加設備或裝置稱為控制器或控制裝置；機器設備或生產過程稱為控制對象；被控制的工作狀態(tài) 或參數稱為被控量或輸出量；期望輸出的值或狀態(tài)稱為 給定量，妨礙控制的因素稱為 擾動量，給定量 和擾動量統稱為輸入量。（如下圖）。3. 自動控制方式（按控制系統的結構區(qū)分）控量的通道稱為前向通道，由被控量至系統輸入端通道稱為反饋通道。）復合控制 （略）4.自動控制系統的分類:線性控制系統 和非線性控制系 統1. 線性系統元件的輸入輸出特性具有線性特性

3、（線性不是指一條直線）。滿足 疊加原理和齊次原理（同電路）。2. 即系統中的元件是線性元件，那么稱為線性系統。非線性系統就是系統中有 非線性元件。3. 嚴格的線性系統是不存在的，工程上對一些非線性元件常常 簡化和近似處理， 當作線性元件對待。連續(xù)控制系統 和離散控制系統 （同信號與系統）連續(xù)控制系統：信號是時間t的連續(xù)函數。 離散控制系統：信號是 脈沖序列。其他分類（略）5.自動控制系統的要求：穩(wěn)定；快速；準確第2章控制系統的數學模型本章介紹微分方程傳遞函數方塊圖信號流圖，等數學模型的建立。數學模型指：描述 系統輸入量、輸出量以及內部各變量之間的相互關系的 數學表達式。耐線牲定?？諝w趾辿型-訛

4、書式肖込-微分方程反映元件輸入量與輸出量之間的方程，是在時域內描述系統動態(tài)過程的數 學模型。<ir 1包嚴口出叫辭“常乩響如”念I叩，衛(wèi)曲世也，呦足泌扉邑 弔嗎.鬲，山為審蒂統結構'傳遞函數:是將微分方程拉式變換后引申出來的一種復數域（也就是 S域）數學模型是一種數學抽象，只與元件或系統的結構、參數有關，與輸入信號無關。不 能反映系統的物理結構。傳遞函數J）兩血取拉氏變換建控制系統的方塊圖傳遞函數的幾種表示形式（書21頁）：有理分式形式零極點形式時間常數形式典型環(huán)節(jié)的傳遞函數： 比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、等。定義：一個系統是若干個環(huán)節(jié)組成，每個環(huán)節(jié)可以用一個 傳遞函數表示,

5、把傳遞函數標明在方框里，并把這些方框依次連接起來，就形成了整個系統的 方塊圖。定義：當系統方塊圖較復雜時，可以將其轉化為信號流圖，用梅森公式 （書36頁）求解（即傳遞函數-輸入輸出的比值）。控制系統的信號流圖第3章線性系統的時域分析法1. 時域分析法概念：對系統施加 輸入信號，通過研究系統的時間響應來評價系統的性能（即系統的 動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能）。系統可分為一階、二階、高階系統（幾階幾階是通過 微分方程是幾階 來判斷）。2. 任何一個系統時域響應可以分為動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程。動態(tài)過程指：從加入輸入信號到系統輸出量達到穩(wěn)定之間的過程；用于衡量系統的穩(wěn)定性和對輸 入信號響應的快速性。穩(wěn)態(tài)過程指：時間

6、趨于無窮系統時的輸出狀態(tài)；衡量系統輸出量最終 復現輸入量的準確性。3. 典型的輸入信號：斜坡信號、階躍信號、脈沖信號、正弦信號等4. 線性系統的穩(wěn)定分析：.穩(wěn)定的概念:穩(wěn)定：時間趨于無窮，系統能回到 原平衡工作點 臨界穩(wěn)定：時間趨于無窮，系統能在平衡工作點 附近的有限區(qū)域內運動。 不穩(wěn)定：系統的動態(tài)過程隨時間推移而發(fā)散。二穩(wěn)定的充要條件：系統特征方程的根全部有負實部；即-閉環(huán)極點全部在S平面的左半部。（若極點位于虛軸, 表面上是臨界穩(wěn)定，實際是不穩(wěn)定。）三穩(wěn)定的判別方法：勞斯穩(wěn)定判據（P64頁）一一分析傳遞函數的特征方程第4章線性系統的根軌跡分析法1. 由上一章可知，閉環(huán)控制系統的穩(wěn)定性由閉環(huán)

7、極點（特征根）決定，而系統的其他性能也和系 統閉環(huán)零、極點在s平面上的分布相關，因此可以根據系統的 閉環(huán)零、極點間接研究系統的性能。但高階閉環(huán)系統的零、極點難求。所以有了由系統開環(huán)零、極點（極點、零點都要考慮），求解 閉環(huán)特征根的圖解方法 根軌跡法。2. 根軌跡的概念：系統 開環(huán)傳遞函數中某一參數從零變化到無窮時，系統 閉環(huán)特征根在S平面上移 動的軌跡（注意：畫的是 閉環(huán)特征根的軌跡）（P84頁）。注：所畫的閉環(huán)特征根軌跡不能出現在 S 右半平面（同下）。3. 為滿足系統的穩(wěn)定性和快速性要求，系統的 閉環(huán)特征根應位于左半S平面，且要和虛軸有一定距 離（同上）。第5章線性系統的頻域分析法1. 雖

8、然時域分析法直觀、準確；但求解困難。 而控制系統的各類信號可以分解為不同頻率正 弦信號的合成，所以可以通過 分析不同頻率的 正弦信號來分析系統-即頻域分析法。2. 一個控制系統的 開環(huán)頻率特性通常是由幾 個典型環(huán)節(jié)的頻率特性組成；如 比例環(huán)節(jié)、積 分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、等。3. 頻域法分析法研究控制系統的穩(wěn)定性和動 態(tài)響應時，首先要繪制系統的 開環(huán)頻率特性極坐標圖，即 奈奎斯特曲線。4. 頻域的穩(wěn)定判據：系統穩(wěn)定的充要條件是系統的 閉環(huán)特征根具有負實部，即位于 S左半平面。（同上） 在頻域中比較好的判別方法是： 奈奎斯特穩(wěn)定判據-根據系統的開環(huán)頻率特性直接判斷閉環(huán)系 統的穩(wěn)定性。注：這里是畫開環(huán)頻

9、率特性的極坐標圖，然后根據 開環(huán)圖判斷閉環(huán)系統的穩(wěn)定， 而上一章是畫閉環(huán)特性的圖，根據 閉環(huán)圖判斷閉環(huán)系統的穩(wěn)定。第6章控制系統的校正1. 前幾章是講控制系統的幾種基本分析方法，掌握這些方法可對控制系統進行定性分析和定量計算2. 校正的概念：一個控制系統可以看做由 控制器和被控對象組成，當被控對象確定后，對系統的設計 實質上就是對控制器的設計，這就叫對控制系統的校正。3. 控制系統設計中的校正問題：當調整放大器的增益后仍不能滿足設計要求時，就需要在系統中添加 一些參數及特性可調的校正裝置，使系統滿足要求。4.系統的校正方式:串聯校正將校正裝置 Gc（s）接在系統誤差測量點之后和放大器之叫 前，

10、在前向通路中。前向通路L1 一g反饋校正將校正裝置Gc（s）接在系統局部反饋通路中。-局部反饋通路亠竿注：這里的反饋通路僅僅是指單方向的反饋，而下面的反饋回路11_;是構成了一個閉合回路。1前饋校正在系統反饋回路之外的校正方式。 如在系統輸入量與主反饋作用點之間 的前向通道上（圖a）； 在系統可測量 擾動作用點 與誤差測量 點之間（圖b）。反饋回路之外1_-碎_(1)V)如141-復合校正（略）。4. PID控制方法的分析：自動控制系統是由被控對象和控制器組成，控制器按實際需要以 某種規(guī)律向被控對象發(fā)出控制信號，以達到預期控制目的?，F在廣泛使用的控制器中常采用 比例、積分、微分等基本控制規(guī)律。

11、按照負反饋原理構成的自動控制系統是采用 偏差e（t）進行控制。這表明偏差 e（t）是進行控制的基本信號。因此工程上普遍應用的所謂比例、積分、微分控制都是針對偏差e（t）而言P控制器（比例控制器）控制器的輸出與偏差e（t）成正比PI控制器（比例、積分控制 器）控制器的輸出與偏差e（t）成正比，又與偏差e（t）對時間的積分成正 比PD控制器（比例、微分控制 器）控制器的輸出與偏差e（t）成正比，又與偏差e（t）的一階導數成正比PID控制器（比例、積分、 微分控制器）控制器的輸出與偏差e（t）成正比，又與偏差e（t）對時間的積分成正 比，還與偏差e（t）的一階導數成正比 PID是什么，他的作用是什么。-是比例、積分、微分控制器，作用是用于控制系統的校正第7章線性離散控制系統1. 采樣與保持：采樣器：離散系統的信號是脈沖序列或數字序列，為了把連續(xù)信號變成脈沖信號，需要對連續(xù)信號進行采樣，實現采樣的裝置是采樣器。保持器：離散系統輸出的信號是