控制工程基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)

1、控制工程基礎(chǔ)總總復(fù)習(xí)1-1 控制制系統(tǒng)的基本本工作原理1.自動控制 在沒有人的的直接參與下下，利用控制制裝置使受控控對象的某些些物理量準(zhǔn)確確地按預(yù)期的的規(guī)律運行。2.反饋 將系系統(tǒng)輸出的全全部或部分返返回系統(tǒng)的輸輸入端，并與與輸入信號共共同作用于系系統(tǒng)的過程。3.反饋控制原原理 基于反反饋基礎(chǔ)之上上的檢測偏差差用以糾正偏偏差。4.控制系統(tǒng)的的組成1-2自動控控制系統(tǒng)的分分類1.按有無反饋饋分 2.按給定量的的運動規(guī)律分分 3.按系統(tǒng)的反反應(yīng)特性分 1-3對控制制系統(tǒng)的基本本要求有三方方面的要求：穩(wěn)定性、快快速性、準(zhǔn)確確性第二章 物理系系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模模型及傳遞函函數(shù)2-1系統(tǒng)的的建模對于我們機械系

2、系統(tǒng)，主要依依據(jù)達朗貝爾爾原理和基爾爾霍夫定律建建立數(shù)學(xué)模型型2-2傳遞函函數(shù)1.拉氏變換：2.傳遞函數(shù)：線性定常系系統(tǒng)在零初始始條件下，系系統(tǒng)輸出量拉拉氏變換與輸輸入量拉氏變變換之比。3.傳遞函數(shù)的的求法利用拉氏變換的的微分定理和和積分定理，即即： 4.傳遞函數(shù)的的性質(zhì)傳遞函數(shù)的概概念只適用于于線性定常系系統(tǒng)；傳遞函數(shù)反映映的是系統(tǒng)的的固有特性，與與輸入量無關(guān)關(guān)；只要傳遞函數(shù)數(shù)形式相同，就就是具有類似似動態(tài)特性的的相似系統(tǒng)；傳遞函數(shù)是一一種比值，可可以有量綱也也可以無量綱綱；實際控制系統(tǒng)統(tǒng)的傳遞函數(shù)數(shù)，其分母階階數(shù)大于分子子階數(shù)。2-3典型環(huán)環(huán)節(jié)的傳遞函函數(shù)1.比例環(huán)節(jié) 2.慣慣性環(huán)節(jié) 3.

3、理想想微分環(huán)節(jié) 4.一一階微分環(huán)節(jié)節(jié)5.積分環(huán)節(jié) 6.振振蕩環(huán)節(jié) 7.延時時環(huán)節(jié)2-4系統(tǒng)的的方框圖及其其聯(lián)接1.環(huán)節(jié)的基本本聯(lián)接方式有串聯(lián)、并聯(lián)和和反饋聯(lián)接三三種方式2.閉環(huán)系統(tǒng)的的傳遞函數(shù) 3.閉環(huán)系統(tǒng)的的開環(huán)傳遞函函數(shù) 閉環(huán)系系統(tǒng)前向通道道傳遞函數(shù)與與反饋通道傳傳遞函數(shù)之積積稱為閉環(huán)系系統(tǒng)的開環(huán)傳傳遞函數(shù)。4.方框圖的變變換與簡化分支點移動前移：分支點前前移，必須在在另一分支路路中串聯(lián)分支支點前移所跨跨越的傳遞函函數(shù)。后移：分支點后后移，必須在在另一分支路路中串聯(lián)分支支點后移所跨跨越的傳遞函函數(shù)的倒數(shù)。相加點移動前移：相加點前前移，必須在在另一分支路路中串聯(lián)相加加點前移所跨跨越的傳遞函函

4、數(shù)的倒數(shù)。后移：相加點后后移，必須在在另一分支路路中串聯(lián)相加加點后移所跨跨越的傳遞函函數(shù)。第三章 瞬態(tài)響響應(yīng)及誤差分分析3-1時間響響應(yīng)與典型輸輸入信號1.時間響應(yīng) 系統(tǒng)在輸入入信號的作用用下，其輸出出隨時間的變變化過程，稱稱為系統(tǒng)的時時間響應(yīng)。2.瞬態(tài)響應(yīng) 系統(tǒng)在輸入入信號的作用用下，系統(tǒng)輸輸出量從初始始狀態(tài)到穩(wěn)定定狀態(tài)的響應(yīng)應(yīng)過程。3.穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 系統(tǒng)當(dāng)時間間t趨于無窮窮大時的輸出出狀態(tài)。4.典型輸入信信號單位階躍信號號 單位斜坡/速速度信號 單位加速度信信號 單位脈沖信號號 正弦信號： 3-2一階系系統(tǒng)的時間響響應(yīng)1.一階系統(tǒng)的的傳遞函數(shù)2.一階系統(tǒng)的的單位階躍響響應(yīng)3.表征一階系系統(tǒng)特性

5、的參參數(shù) 時間間常數(shù)T T的大大小反映了一一階系統(tǒng)的慣慣性。T越小小，響應(yīng)曲線線上升速度越越快，達到穩(wěn)穩(wěn)態(tài)值用的時時間越短；調(diào)整時間輸出值達到穩(wěn)態(tài)態(tài)值95%或或98%的響響應(yīng)時間定義義為調(diào)整時間間，它反映了了系統(tǒng)響應(yīng)的的快慢。3-3二階系系統(tǒng)的時間響響應(yīng)1.二階系統(tǒng)的的傳遞函數(shù)為無阻尼固有頻頻率；為系統(tǒng)統(tǒng)阻尼比2.二階系統(tǒng)的的單位階躍響響應(yīng)其響應(yīng)的結(jié)果按按照阻尼比的的不同分為三三種：當(dāng)時，稱為欠欠阻尼狀態(tài)其時間響應(yīng)為式中：，稱為阻阻尼振蕩角頻頻率；當(dāng)時，稱為臨臨界阻尼狀態(tài)態(tài)當(dāng)時，稱為過過阻尼狀態(tài)說明：還有一種種情況，即時時，稱為負阻阻尼狀態(tài)，此此時系統(tǒng)不穩(wěn)穩(wěn)定。3-4瞬態(tài)響響應(yīng)的性能指指標(biāo)這些

6、指標(biāo)都以二二階系統(tǒng)欠阻阻尼狀態(tài)下給給出1.上升時間響應(yīng)曲線從原始始狀態(tài)出發(fā)，第第一次達到穩(wěn)穩(wěn)態(tài)值所需要要的時間。它反映了系統(tǒng)的的響應(yīng)速度。2.峰值時間響應(yīng)曲線從原始始狀態(tài)出發(fā)，到到達超調(diào)量第第一個峰值所所需要的時間間。它反映了系統(tǒng)的的響應(yīng)速度。 3.最大超調(diào)量量響應(yīng)曲線的最大大峰值與穩(wěn)態(tài)態(tài)值之差。它反映了系統(tǒng)響響應(yīng)過程的平平穩(wěn)性。4.調(diào)整時間在在響應(yīng)曲線穩(wěn)穩(wěn)態(tài)值附近取取穩(wěn)態(tài)值的或或作為誤差帶帶，我們把響響應(yīng)曲線不再再超出該誤差差帶所需的最最短時間稱為為調(diào)整時間。它是系統(tǒng)瞬態(tài)響響應(yīng)的持續(xù)時時間，反映了了系統(tǒng)響應(yīng)的的響應(yīng)速度。當(dāng)時： （） （）3-5穩(wěn)態(tài)誤誤差分析與計計算1.穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定系統(tǒng)誤差的

7、的終值稱為系系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤誤差，用表示示 它反映了系系統(tǒng)的準(zhǔn)確性性。2.穩(wěn)態(tài)誤差的的計算是誤差的拉氏變變換，是系統(tǒng)統(tǒng)前向通道傳傳遞函數(shù)，是是系統(tǒng)反饋通通道傳遞函數(shù)數(shù)，是系統(tǒng)輸輸入信號的拉拉氏變換。利用拉氏變換終終值定理，可可利用求得：第四章 頻率特特性分析4-1頻率特特性的基本概概念1.頻率響應(yīng) 系統(tǒng)對正正弦輸入信號號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)應(yīng)稱為頻率響響應(yīng)。2.頻率特性系統(tǒng)在正弦函數(shù)數(shù)作用下，系系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出出與輸入的振振幅之比和相相位之差隨頻頻率的變化規(guī)規(guī)律，稱為系系統(tǒng)的頻率特特性。它包括括幅頻特性和和相頻特性頻頻率特性還可可表示為實頻頻特性和虛頻頻特性3.頻率特性的的求法我們主要學(xué)習(xí)的的是將傳遞函函數(shù)加以

8、變換換來求取。若系統(tǒng)傳遞函數(shù)數(shù)為，則該系系統(tǒng)頻率特性性可表示為：其幅頻特性其相頻特性4.頻率特性的的表示方法我們學(xué)習(xí)了兩種種表示方法幅相頻率特性性曲線奈奎斯特特圖當(dāng)頻率從零變到到無窮大時，頻頻率特性矢量量端點在復(fù)平平面上形成的的軌跡曲線。對數(shù)頻率特性性曲線波德圖在橫坐標(biāo)采用對對數(shù)分度、縱縱坐標(biāo)采用線線性分度的直直角坐標(biāo)系中中畫出的和曲線。4-2典型環(huán)環(huán)節(jié)的頻率特特性1.奈奎斯特圖圖的畫法利用求出其實頻頻特性和虛頻頻特性，隨著著頻率從零變到到無窮大進行行描點畫出。我們的要求是畫畫出正確的趨趨勢即可。2.波德圖的畫畫法基本典型環(huán)節(jié)波波德圖中對數(shù)數(shù)幅頻特性采采用漸近線畫畫法，相頻特特性采用描點點法畫

9、出。4-3系統(tǒng)的的對數(shù)頻率特特性這里我們主要學(xué)學(xué)習(xí)了系統(tǒng)開開環(huán)頻率特性性。1.系統(tǒng)開環(huán)波波德圖的畫法法利用典型環(huán)節(jié)波波德圖迭加畫畫出系統(tǒng)開環(huán)環(huán)波德圖。2.最小相位系系統(tǒng)若系統(tǒng)傳遞函數(shù)數(shù)的所有零點點和極點均在在復(fù)平面ss的左半平平面，則稱該該系統(tǒng)為最小小相位系統(tǒng)。第五章 系統(tǒng)的的穩(wěn)定性5-1系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定的條件1.系統(tǒng)穩(wěn)定的的概念系統(tǒng)在使它偏離離穩(wěn)定平衡狀狀態(tài)的擾動消消除后，能夠夠以足夠的精精度自動恢復(fù)復(fù)到原來的初初始平衡狀態(tài)態(tài)，則稱系統(tǒng)統(tǒng)是穩(wěn)定的。2.系統(tǒng)穩(wěn)定的的條件 設(shè)系統(tǒng)統(tǒng)傳遞函數(shù)為為：則系統(tǒng)穩(wěn)定的充充分必要條件件是：系統(tǒng)特特征方程根必必須全部具有有負實部，即即系統(tǒng)閉環(huán)傳傳遞函數(shù)的極極點均在復(fù)

10、平平面s的的左半平面。5-2勞斯胡爾維茨茨穩(wěn)定判據(jù)1.胡爾維茨穩(wěn)穩(wěn)定判據(jù)系統(tǒng)特征方程可可寫成如下形形式：則系統(tǒng)穩(wěn)定的充充分必要條件件為：胡爾維茨n階階行列式中各各階子行列式式都大于零2.勞斯穩(wěn)定判判據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分分必要條件為為：勞斯表中第一一列各數(shù)均為為正數(shù)。3.胡爾維茨行行列式和勞斯斯表的構(gòu)造5-3奈奎斯斯特穩(wěn)定判據(jù)據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分分必要條件為為：當(dāng)從0變變化到時，系統(tǒng)開開環(huán)乃氏圖在在復(fù)平面內(nèi)沿沿逆時針方向向包圍點（-1，j0）的的次數(shù)（N）等等于開環(huán)右極極點數(shù)（P）的的一半，即：N=P/22。這里要注意開環(huán)環(huán)傳遞函數(shù)中中含有積分環(huán)環(huán)節(jié)時要先做做輔助曲線，然然后再判別。輔助曲線的做法法：以

11、假想無窮大為為半徑，從乃乃氏曲線起始始端開始沿逆逆時針方向繞繞過（為系統(tǒng)開環(huán)環(huán)傳遞函數(shù)中中含有的積分分環(huán)節(jié)數(shù)）畫畫圓弧與實軸軸相交，該圓圓弧即為輔助助曲線。5-4穩(wěn)定性性裕量1.基本概念 幅值值交界頻率使成立的頻率稱稱為幅值交界界頻率，用表表示，它是系系統(tǒng)開環(huán)奈氏氏圖與單位圓圓相交時的頻頻率。相位交界頻率率使成立的頻率稱稱為相位交界界頻率，用表表示，它是系系統(tǒng)開環(huán)奈氏氏圖與負實軸軸相交時的頻頻率。2.相位裕量和和幅值裕量相位裕量在幅值交界頻率率上，系統(tǒng)開開環(huán)相頻特性性距線的相位位差稱為相位位裕量，用表表示。幅值裕量在相相位交界頻率率處，系統(tǒng)開開環(huán)頻率特性性幅值的倒數(shù)數(shù)稱為幅值裕裕量，用表示示。在波德圖上，幅幅值裕量以分分貝值表示，記記為3.穩(wěn)定性裕量量在奈氏圖和波德德圖上的表示示4.穩(wěn)定性裕量量與系統(tǒng)穩(wěn)定定的關(guān)系 只要求求掌握系統(tǒng)開開環(huán)無右極點點的情況。 在此前前提下，系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定必有：第六章 系統(tǒng)的的綜合與校正正6-1概述1校正的實質(zhì) 校正的的實質(zhì)就是通通過引入校正正裝置來改變變系統(tǒng)零、極極點分布，改改變系統(tǒng)頻率率特性或根軌軌跡的形狀，以以改善系統(tǒng)控控制特性。2校正方式 按按照校正裝置置在系統(tǒng)中的的接法不同，校校正分為串聯(lián)聯(lián)校正和并聯(lián)聯(lián)校正。 串聯(lián)聯(lián)校正 校正裝裝置串聯(lián)在系系統(tǒng)前向通道道中，按照校校正環(huán)節(jié)特性性