自動(dòng)控制原理

自動(dòng)控制原理解答題所謂自動(dòng)控制原理是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（控制裝置或控制器，使機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)，或參數(shù)（被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行）開(kāi)環(huán)控制方式是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程。閉環(huán)控制方式是指控制裝置與被控對(duì)象既有順向作用又有反向聯(lián)系的控制過(guò)程。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求為穩(wěn)定性，快速性和準(zhǔn)確性，即穩(wěn)準(zhǔn)快的要求。線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，定義為零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。典型輸入信號(hào)單位階躍函數(shù)1(t)，t>=01/s單位斜坡函數(shù)t，t>=01/S2單位加速度函數(shù)1/2氣2,t>=01/S3單位脈沖函數(shù)S(t),t=01正弦函數(shù)AsinwtAw/s2+w2上升時(shí)間tr指響應(yīng)從終值10%上升到終值90%所需要的時(shí)間；對(duì)于有振蕩的系統(tǒng)，亦可定義為響應(yīng)從零第一次上升到終值所需的時(shí)間。上升時(shí)間是系統(tǒng)響應(yīng)速度的一種度量，上升時(shí)間越短響應(yīng)速度越快。峰值時(shí)間tp:指響應(yīng)超過(guò)其終值到達(dá)第一個(gè)峰值所需的時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間ts:指響應(yīng)到達(dá)并保持在終值+5%內(nèi)所需的最短時(shí)間超調(diào)量。％：指響應(yīng)的最大偏移量c(tp)與終值c(8)向差與終值C(8)比的百分?jǐn)?shù)，即。%=C(tp)-C(8)/c(8)*100%Q(s)=C(s)/R(s)=Wn2/(S2+23WnS+Wn2) P72頁(yè)在改善二階系統(tǒng)性能的方法中，比例微分控制和測(cè)速反饋控制是兩種常用的方法。在所有閉環(huán)極點(diǎn)中，距虛軸最近的極點(diǎn)周?chē)鷽](méi)有閉環(huán)零點(diǎn)，而其他閉環(huán)極點(diǎn)又遠(yuǎn)離虛軸。那么距離虛軸最近的閉環(huán)極點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)分量，隨時(shí)間的推移衰減緩慢，在系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)過(guò)程中起主導(dǎo)作用，這樣的閉環(huán)極點(diǎn)就稱為閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)。線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根均具有負(fù)實(shí)部：或者說(shuō)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于S左半平面。階躍輸入作用下：ess(8)=R/(1+Kp) P104~106為了減小或消除系統(tǒng)在輸入信號(hào)和擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，可以采用以下措施（1） 增大系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益或擾動(dòng)作用點(diǎn)之前系統(tǒng)的前向通道增益。（2） 在系統(tǒng)的前向通道或主反饋通道設(shè)置串聯(lián)積分環(huán)節(jié)。（3） 采用串級(jí)控制抑制內(nèi)回路擾動(dòng)。根軌跡簡(jiǎn)稱根跡，它是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變到無(wú)窮時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根在S平面上變換的軌跡。以非開(kāi)環(huán)增益為可變參數(shù)繪制的根軌跡稱為參數(shù)根軌跡頻率特性的概念：線性定常系統(tǒng)（或元件）在正弦輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸入和輸出的復(fù)數(shù)比叫做系統(tǒng)（或元件）的頻率特性。奈氏判據(jù)：反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是奈氏曲線反時(shí)針包圍臨界點(diǎn)（-1，j0）的圈數(shù)R等于開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在右半S平面的極點(diǎn)數(shù)P，即R=P,Z=0;否則閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，Z不等于0，存在閉環(huán)正實(shí)部特征根的個(gè)數(shù)Z可按下式確定Z=P-R。（1）增加開(kāi)環(huán)零點(diǎn)將引起系統(tǒng)根軌跡形狀的變化，因而影響了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其瞬態(tài)響應(yīng)特性.（2）增加開(kāi)環(huán)零點(diǎn)將使系統(tǒng)的根軌跡向左彎曲，并在趨向于附加零點(diǎn)的方向發(fā)生變形。若增加的零點(diǎn)位于左半平面，系統(tǒng)的根軌跡向左偏移，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的改善，且開(kāi)環(huán)零點(diǎn)離虛軸越近，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性改善越顯著。(3)增加開(kāi)環(huán)極點(diǎn)使根軌跡右移，將可能使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。對(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù)一個(gè)反饋系統(tǒng)，其閉環(huán)特性方程正實(shí)根個(gè)數(shù)Z，可以根據(jù)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)右半平面極點(diǎn)數(shù)P和開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性為正值的所有頻率范圍內(nèi)，對(duì)數(shù)相頻曲線與-180o線的正負(fù)穿越次數(shù)之差N=N+-N確定，即Z=P-2NZ=0,閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)校正方式可分為串聯(lián)校正，反饋校正，前饋校正和復(fù)合校正4種。PD控制器中的微分控制規(guī)律，能反映輸入信號(hào)的變化趨勢(shì)，產(chǎn)生有效的早期修正信號(hào)，以增加系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在串聯(lián)校正時(shí)，可使系統(tǒng)增加一個(gè)-1/z的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，使系統(tǒng)的相角裕度提高，因而有助于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的改善。在串聯(lián)校正時(shí)，PI控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，同時(shí)也增加了一個(gè)位于s左半平面的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)。位于原點(diǎn)的極點(diǎn)可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而增加的負(fù)實(shí)零點(diǎn)，則用來(lái)減小系統(tǒng)的阻尼程度，緩和PI控制器極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的不利影響。只要積分時(shí)間常數(shù)Ti足夠大，PI控制器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱，在控制工程實(shí)踐中，PI控制器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱，在控