自動控制原理總經(jīng)典總結(jié)

.z?自動控制原理?總復(fù)習(xí)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)描述函數(shù)法法相平面法建模－求傳函時(shí)域法分析根軌跡法頻率特性法串聯(lián)(頻率法)校正并聯(lián)(頻率法)復(fù)合控制建模－求脈沖傳函穩(wěn)定性時(shí)域分析穩(wěn)態(tài)誤差暫態(tài)響應(yīng)負(fù)倒描述函數(shù)曲線自振點(diǎn)的穩(wěn)定性振幅、頻率計(jì)算繪制相軌跡求奇點(diǎn)和極限環(huán)求運(yùn)動時(shí)間校正自動控制的根本概念一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)自動控制根本術(shù)語：自動控制、系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、被控量、輸入量、干擾量、受控對象、控制器、反應(yīng)、負(fù)反應(yīng)控制原理等。控制系統(tǒng)的根本方式：①開環(huán)控制系統(tǒng)；②閉環(huán)控制系統(tǒng)；③復(fù)合控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)的組成：由受控對象和控制器組成。自動控制系統(tǒng)的類型：從不同的角度可以有不同的分法，常有：恒值系統(tǒng)與隨動系統(tǒng)；線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)；連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)；定常系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)等。對自動控制系統(tǒng)的根本要求：穩(wěn)、快、準(zhǔn)。典型輸入信號：脈沖、階躍、斜坡、拋物線、正弦。二、根本要求對反應(yīng)控制系統(tǒng)的根本控制和方法有一個(gè)全面的、整體的了解。掌握自動控制系統(tǒng)的根本概念、術(shù)語，了解自動控制系統(tǒng)的組成、分類，理解對自動控制系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快三方面的根本要求。了解控制系統(tǒng)的典型輸入信號。掌握由系統(tǒng)工作原理圖畫方框圖的方法。三、容構(gòu)造圖自動控制的根本概念自動控制的根本概念由系統(tǒng)工作原理圖畫方框圖對控制系統(tǒng)的根本要求常用術(shù)語、根本概念根本控制方式反應(yīng)控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)被控對象自動控制系統(tǒng)被控對象控制裝置測量、變換元件運(yùn)算、放大元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動控制系統(tǒng)的根本控制方式自動控制系統(tǒng)的根本控制方式開環(huán)控制方式按給定量控制方式按擾動量控制方式〔順饋控制〕反應(yīng)控制〔按偏差控制〕復(fù)合控制：按偏差控制按給定量補(bǔ)償按擾動補(bǔ)償+第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)1．?dāng)?shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式形式〔1〕物理系統(tǒng)的微分方程描述；〔2〕數(shù)學(xué)工具—拉氏變換及反變換；〔3〕傳遞函數(shù)及典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；〔4〕脈沖響應(yīng)函數(shù)及應(yīng)用。2．?dāng)?shù)學(xué)模型的圖形表示〔1〕構(gòu)造圖及其等效變換，梅遜公式的應(yīng)用；〔2〕信號流圖及梅遜公式的應(yīng)用。二、根本要求1、正確理解數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，對系統(tǒng)的相似性、簡化性、動態(tài)模型、靜態(tài)模型、輸入變量、輸出變量、中間變量等概念，要準(zhǔn)確掌握。2、了解動態(tài)微分方程建立的一般方法及小偏差線性化的方法。3、掌握運(yùn)用拉氏變換解微分方程的方法，并對解的構(gòu)造、運(yùn)動模態(tài)與特征根的關(guān)系、零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)等概念有清楚的理解。正確理解傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)和意義。熟練掌握由傳遞函數(shù)派生出來的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、誤差傳遞函數(shù)、典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)等概念?！玻！痴莆障到y(tǒng)構(gòu)造圖和信號流圖兩種數(shù)學(xué)模型的定義和繪制方法，熟練掌握控制系統(tǒng)的構(gòu)造圖及構(gòu)造圖的簡化，并能用梅遜公式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)?！玻＃！硞鬟f函數(shù)的求取方法：1〕直接法：由微分方程直接得到。2〕復(fù)阻抗法：只適用于電網(wǎng)絡(luò)。3〕構(gòu)造圖及其等效變換，用梅遜公式。4〕信號流圖用梅遜公式。線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型微分方程線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型微分方程傳遞函數(shù)構(gòu)造圖信號流圖微分方程〔組〕的建立及標(biāo)準(zhǔn)化非線性微分方程的線性化線性系統(tǒng)微分方程的解及性質(zhì)定義及性質(zhì)局限性及表示形式典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)建立物理系統(tǒng)的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)矩陣由微分方程繪制由原理圖繪制開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)串聯(lián)、并聯(lián)、反應(yīng)引出點(diǎn)、比擬點(diǎn)移動規(guī)則由微分方程繪制由方框圖繪制源節(jié)點(diǎn)、匯節(jié)點(diǎn)、混合節(jié)點(diǎn)通路及回路繪制有關(guān)術(shù)語等效變換規(guī)則繪制有關(guān)術(shù)語梅遜公式機(jī)理分析法實(shí)驗(yàn)辨識法求取代數(shù)方程組的解，化簡構(gòu)造圖或信號流圖基爾霍夫定律〔時(shí)域及復(fù)域形式〕牛頓第二定律〔達(dá)朗伯原理〕四、知識構(gòu)造圖微積分微積分消元法等效變換微分方程代數(shù)方程元部件構(gòu)造圖系統(tǒng)構(gòu)造圖傳遞函數(shù)代數(shù)方程組信號流圖梅遜公式梅遜公式代數(shù)消元法拉氏變換數(shù)學(xué)、物理規(guī)律系統(tǒng)原理圖微分方程組拉氏變換變換第三章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)根本概念：穩(wěn)定性、時(shí)域響應(yīng)、動態(tài)性能指標(biāo)、誤差與穩(wěn)態(tài)誤差等。控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性勞斯穩(wěn)定判據(jù)；〔2〕赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的動態(tài)性能一階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)；〔2〕二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能一般概念；〔2〕誤差系數(shù)。二、根本要求了解線性定常系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)組成，熟悉控制系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)的定義〔＃〕。掌握一階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)及性能指標(biāo)，并能根據(jù)給出的指標(biāo)確定滿足要求的系統(tǒng)參數(shù)T?！玻！痴莆斩A系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)分析及其與極點(diǎn)之間的關(guān)系，重點(diǎn)掌握二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)公式及計(jì)算，并能根據(jù)給出的指標(biāo)確定滿足要求的系統(tǒng)參數(shù)和，尤其是改善二階系統(tǒng)動態(tài)性能的兩種措施?！玻！场玻！骋话懔私飧唠A系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)，掌握閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念。了解穩(wěn)定性的概念，掌握線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件〔?！?。重點(diǎn)掌握判斷穩(wěn)定性的Routh代數(shù)判據(jù)及應(yīng)用〔?！场玻！?，對Hurwitz判據(jù)有一般了解。能根據(jù)系統(tǒng)要求確定滿足穩(wěn)定的系統(tǒng)參數(shù)圍〔?！场玻！?。了解穩(wěn)態(tài)誤差的概念、定義、產(chǎn)生原因、類型。重點(diǎn)掌握給定穩(wěn)態(tài)誤差終值的計(jì)算，穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)的計(jì)算，擾動穩(wěn)態(tài)誤差終值的計(jì)算及減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法，并能根據(jù)系統(tǒng)對穩(wěn)態(tài)誤差的要求確定系統(tǒng)參數(shù)。〔?！场玻！晨刂葡到y(tǒng)的時(shí)域分析快控制系統(tǒng)的時(shí)域分析快勞斯—赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的定義、產(chǎn)生原因、類型穩(wěn)態(tài)誤差終值的計(jì)算二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)分析及其與極點(diǎn)之間的關(guān)系，二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)公式及計(jì)算。穩(wěn)準(zhǔn)t→∞t→∞常除法或泰勒展開公式公式代數(shù)判據(jù)公式、曲線閉環(huán)傳遞函數(shù)Φ〔s〕誤差傳遞函數(shù)￠e(s)、￠en(s)開環(huán)傳遞函數(shù)Ｇk(s)擾動作用點(diǎn)之前傳遞函數(shù)Ｇ1(s)一階標(biāo)準(zhǔn)式二階標(biāo)準(zhǔn)式特征方程參數(shù)T參數(shù)ζ、ωn性能指標(biāo)積分環(huán)節(jié)數(shù)目υ1、K1靜態(tài)誤差系數(shù)Kp、Kv、Ka系統(tǒng)型別υ、開環(huán)增益K穩(wěn)定性、穩(wěn)定域動態(tài)誤差系數(shù)C0、C1、C2……誤差象函數(shù)E〔s〕公式、曲線穩(wěn)態(tài)誤差ess=esr+esnesr(t)終值定理公式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第四章控制系統(tǒng)的根軌跡法一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)根本概念〔1〕根軌跡定義〔2〕根軌跡繪制的根本條件：幅值方程和相角方程。繪制根軌跡的根本法則〔1〕常規(guī)根軌跡的繪制法則〔2〕參量根軌跡繪制〔3〕零度根軌跡繪制增加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡的影響利用根軌跡分析系統(tǒng)①穩(wěn)定性；②運(yùn)動形式；③主導(dǎo)極點(diǎn)；④超調(diào)量；⑤調(diào)節(jié)時(shí)間；⑥實(shí)數(shù)零、極點(diǎn)的影響；⑦偶極子及其處理。二、根本要求重點(diǎn)掌握繪制常規(guī)負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)根軌跡的根本條件和根本法則；〔?！场玻！忱斫鈪⒘扛壽E和零度根軌跡的繪制；了解多回路控制系統(tǒng)的根軌跡；掌握增加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡的影響；〔＃〕能根據(jù)根軌跡分析系統(tǒng)性能隨參數(shù)變化的趨勢?！玻！橙⑷輼?gòu)造圖根軌跡分析法根軌跡分析法根軌跡繪制根軌跡應(yīng)用常規(guī)根軌跡繪制廣義根軌跡繪制參量根軌跡零度根軌跡滯后系統(tǒng)根軌跡四、知識構(gòu)造圖法則法則系統(tǒng)構(gòu)造圖開環(huán)傳遞函數(shù)相角方程模值方程閉環(huán)極點(diǎn)的K穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定性、穩(wěn)定域根軌跡〔常規(guī)、廣義〕主導(dǎo)極點(diǎn)系統(tǒng)響應(yīng)運(yùn)動形式估算性能指標(biāo)第五章控制系統(tǒng)的頻率特性一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)頻率特性的定義頻率特性的幾何表示極坐標(biāo)圖或奈奎斯特圖〔Nyquist圖〕對數(shù)頻率特性曲線〔Bode圖〕典型環(huán)節(jié)的頻率特性及最小相位系統(tǒng)〔1〕典型環(huán)節(jié)頻率特性〔2〕最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)〔2〕對數(shù)頻率特性的穩(wěn)定判據(jù)開環(huán)頻域指標(biāo)〔1〕幅值裕度〔2〕相角裕度閉環(huán)頻域指標(biāo)〔1〕零頻幅值M(0)〔2〕帶寬頻率〔3〕諧振峰值Mr和諧振頻率〔4〕閉環(huán)系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系開環(huán)對數(shù)頻率特性與時(shí)域性能指標(biāo)：〔1〕三頻段的概念〔2〕開環(huán)系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系二、根本要求正確理解頻率特性的概念，掌握典型環(huán)節(jié)的頻率特性并運(yùn)用頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)?！玻！呈炀氄莆绽L制開環(huán)系統(tǒng)Nyquist圖和Bode圖的方法，會求剪切頻率〔?！场玻！?。重點(diǎn)掌握奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及其在系統(tǒng)分析中的應(yīng)用?！玻！场玻！持攸c(diǎn)掌握相角裕度、幅值裕度的計(jì)算?！玻！场玻！痴莆臻_環(huán)對數(shù)頻率特性與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，正確理解三頻段的概念。〔?！痴_理解并掌握用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定傳遞函數(shù)，由最小相位系統(tǒng)的Bode圖確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的方法，會求開環(huán)放大系數(shù)?！玻！场玻！橙⑷輼?gòu)造圖頻域分析法頻域分析法頻率特性穩(wěn)定性分析動態(tài)性能分析定義頻率特性圖形表示極坐標(biāo)圖(Nyquist圖)對數(shù)頻率特性圖〔Bode圖〕穩(wěn)定性判據(jù)〔絕對穩(wěn)定性〕穩(wěn)定裕度〔相對穩(wěn)定性〕二階系統(tǒng)時(shí)域指標(biāo)計(jì)算高階系統(tǒng)時(shí)域指標(biāo)估算Nyquist判據(jù)對數(shù)判據(jù)相角裕度幅值裕度四、知識構(gòu)造圖ss=jωs=jω公式公式系統(tǒng)構(gòu)造、參數(shù)典型環(huán)節(jié)頻率特性對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)G〔s〕閉環(huán)傳遞函數(shù)￠〔s〕開環(huán)頻率特性G〔jω〕開環(huán)幅相曲線判別穩(wěn)定域開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線閉環(huán)頻率特性￠〔jω〕閉環(huán)頻域指標(biāo)Mr、ωr、ωb系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)頻域指標(biāo)ωc、γ、h時(shí)域指標(biāo)jjω=ps=p微分方程控制系統(tǒng)頻率特性傳遞函數(shù)第6章控制系統(tǒng)的校正一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)控制系統(tǒng)校正的一般概念控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)校正方法──頻率法，根軌跡法校正方式1〕串聯(lián)校正；2〕反應(yīng)校正；3〕串聯(lián)反應(yīng)校正；4〕前饋補(bǔ)償校正〔復(fù)合控制〕?；陬l率響應(yīng)法的串聯(lián)校正1〕串聯(lián)超前校正；2〕串聯(lián)滯后校正；3〕串聯(lián)滯后—超前校正；4〕三種串聯(lián)校正方法的特點(diǎn)與作用；5〕串聯(lián)校正的希望特性法。二、根本要求熟悉典型的無源校正裝置，掌握校正網(wǎng)絡(luò)的頻率特性及其作用。正確選擇校正網(wǎng)絡(luò)。掌握串聯(lián)校正的頻率設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)掌握三種串聯(lián)校正方式的特點(diǎn)與作用〔＃〕〔?！?。重點(diǎn)掌握期望特性的求取方法及串聯(lián)校正的期望特性法?！玻！场玻！持攸c(diǎn)掌握校正前后相角裕度、幅值裕度的計(jì)算?！玻！场玻！沉私夥磻?yīng)校正的頻率設(shè)計(jì)法。線性系統(tǒng)校正串聯(lián)校正線性系統(tǒng)校正串聯(lián)校正反應(yīng)校正復(fù)合校正超前校正滯后校正滯后—超前校正校正校正方式校正校正方式校正裝置校正設(shè)計(jì)方法串聯(lián)校正反應(yīng)校正復(fù)合校正無源校正裝置有源校正裝置PID控制器頻率法根軌跡法串聯(lián)超前校正串聯(lián)滯后校正滯后—超前校正分析法〔試探法〕綜合法〔期望特性法〕計(jì)算、判穩(wěn)計(jì)算、判穩(wěn)穩(wěn)定性,時(shí)域指標(biāo),頻域指標(biāo)計(jì)算計(jì)算開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)校正方式校正網(wǎng)絡(luò)校正后開環(huán)傳遞函數(shù)校正后性能指標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)造圖滿足期望指標(biāo)嗎完畢滿足期望指標(biāo)嗎YNYYNY計(jì)算、判穩(wěn)計(jì)算、判穩(wěn)穩(wěn)定性,時(shí)域指標(biāo),頻域指標(biāo)計(jì)算開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)繪制期望特性校正網(wǎng)絡(luò)校正后開環(huán)傳遞函數(shù)校正后性能指標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)造圖滿足期望指標(biāo)嗎完畢滿足期望指標(biāo)嗎YNYNY修改參數(shù)Y第七章線性離散控制系統(tǒng)一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)根本概念：連續(xù)信號、離散信號、離散系統(tǒng)、采樣過程、采樣開關(guān)、保持器。采樣：〔1〕采樣過程；〔2〕香農(nóng)采樣定理；〔3〕零階保持器。離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：〔1〕差分方程；〔2〕數(shù)學(xué)工具—z變換；〔3〕脈沖傳遞函數(shù)。3.系統(tǒng)分析〔1〕離散系統(tǒng)穩(wěn)定性分析〔2〕準(zhǔn)確性分析〔離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析〕〔3〕快速性分析與時(shí)間響應(yīng)〔4〕校正：校正方法，數(shù)字校正裝置的實(shí)現(xiàn)，最少拍系統(tǒng)的校正，無穩(wěn)態(tài)誤差的最少拍系統(tǒng)的校正二、根本要求1、掌握離散控制系統(tǒng)的相關(guān)概念及離散控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別。2、掌握z變換、z反變換的概念及其主要性質(zhì)。3、充分理解采樣定理及采樣周期對離散控制系統(tǒng)的影響。4、理解零階保持器的具體含義及作用，熟悉零階保持器的傳遞函數(shù)、頻率特性及特點(diǎn)。5、重點(diǎn)掌握脈沖傳遞函數(shù)的概念及其求解離散控制系統(tǒng)開環(huán)、閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的方法?！玻！场玻！?、正確理解離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的含義及其穩(wěn)定的充要條件，熟練掌握離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷方法，能根據(jù)系統(tǒng)要求確定滿足穩(wěn)定性的系統(tǒng)參數(shù)圍?！玻！场玻！?、重點(diǎn)掌握計(jì)算離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差方法?！玻！场玻！?、了解離散控制系統(tǒng)極點(diǎn)分布與系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)之間的關(guān)系，能根據(jù)給定輸入求取離散控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)。9、正確理解離散系統(tǒng)的校正方法和數(shù)字校正裝置的實(shí)現(xiàn)方法；能對離散系統(tǒng)進(jìn)展最少拍系統(tǒng)的校正和無穩(wěn)態(tài)誤差的最少拍系統(tǒng)的校正。根本概念脈沖傳函根本概念脈沖傳函采樣過程數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)分析快速性分析系統(tǒng)校正最少拍校正穩(wěn)定性分析準(zhǔn)確性分析離散控制系統(tǒng)差分方程四、知識構(gòu)造圖tt→∞z反變換法則終值定理穩(wěn)定判據(jù)特征方程穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)靜態(tài)誤差系數(shù)Kp、Kv、Ka系統(tǒng)根軌跡輸出脈沖序列c(nT)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)G〔z〕誤差z變換E〔z〕閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)￠〔z〕輸出z變換C(z)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖穩(wěn)定性、穩(wěn)定域公式誤差脈沖序列e(nT)第八章非線性控制系統(tǒng)分析一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)典型非線性環(huán)節(jié)及其對系統(tǒng)性能的影響非線性系統(tǒng)分析〔1〕描述函數(shù)法：描述函數(shù)的應(yīng)用前提、自振的分析及計(jì)算。〔2〕相平面法：①根本概念：相平面、相軌跡、奇點(diǎn)、平衡點(diǎn)、相軌跡的走向、極限環(huán)等。②相軌跡描述方法：解析法、等傾線法。二、根本要求1、從系統(tǒng)組成、數(shù)學(xué)描述、動態(tài)過程及分析方法等幾方面來正確理解線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的根本概念和本質(zhì)區(qū)別。2、正確理解描述函數(shù)法的根本概念和應(yīng)用前提。3、利用描述函數(shù)法能夠?qū)ο到y(tǒng)作定性分析及求出一般近似解。4、掌握負(fù)倒描述函數(shù)曲線的繪制方法?！玻！?、重點(diǎn)掌握基于描述函數(shù)法計(jì)算系統(tǒng)自振參數(shù)及判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。〔＃?！?、正確理解相平面法的根本概念和特點(diǎn)。7、掌握開關(guān)線、奇點(diǎn)及其類型、極限環(huán)等概念，尤其能判斷奇