自動控制原理第四次課-傳遞函數(shù)及結構圖簡化

xx年xx月xx日自動控制原理第四次課—傳遞函數(shù)及結構圖簡化目錄contents傳遞函數(shù)結構圖控制系統(tǒng)分析方法PID控制器傳遞函數(shù)01傳遞函數(shù)是一種數(shù)學表示方法，用于描述一個系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關系。在自動控制系統(tǒng)中，傳遞函數(shù)通常表示系統(tǒng)的輸入和輸出之間的開環(huán)關系。傳遞函數(shù)采用如下形式：G(s)=N(s)/D(s)，其中s為復變量，N(s)和D(s)是多項式函數(shù)。定義與表示求解傳遞函數(shù)需要了解系統(tǒng)的結構及參數(shù)，然后通過建立系統(tǒng)的微分方程式進行求解。然后，將微分方程式進行拉普拉斯變換，得到傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)的求解方法具有通用性，可以用于不同類型的控制系統(tǒng)。首先，根據(jù)系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關系，建立系統(tǒng)的微分方程式。傳遞函數(shù)的求解一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/(Ts+1)，其中K為系統(tǒng)增益，T為系統(tǒng)時間常數(shù)。典型傳遞函數(shù)二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/(Ts+1)(Td+1)，其中K為系統(tǒng)增益，T為系統(tǒng)時間常數(shù)，d為阻尼比。高階系統(tǒng)高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=N(s)/D(s)，其中N(s)和D(s)是多項式函數(shù)，通過求解高階微分方程得到。結構圖02結構圖是指用方框和箭頭來表示系統(tǒng)或控制器動態(tài)行為的一種圖形表示方法。結構圖定義結構圖主要由信號線、方框和箭頭三部分構成，其中方框代表各種物理元件或控制環(huán)節(jié)，箭頭代表信號傳遞的方向。構成部分定義與構成簡化原則簡化結構圖的目的是為了更直觀地反映系統(tǒng)的動態(tài)性能，需要遵循“化簡為繁，去粗取精”的原則，將復雜的系統(tǒng)分解為簡單的基本環(huán)節(jié)。基本簡化方法采用類似電路圖中的“串并聯(lián)”等基本組合方式，將復雜的結構圖簡化為簡單的方框圖。結構圖的簡化結構圖的應用系統(tǒng)設計結構圖可以用來描述控制系統(tǒng)的設計，通過將系統(tǒng)分解為簡單的基本環(huán)節(jié)，有助于進行系統(tǒng)的優(yōu)化和改進?？刂破髟O計控制器設計中的傳遞函數(shù)和結構圖是控制系統(tǒng)中最常用的工具之一，通過這兩種方法可以設計出最優(yōu)的控制器。系統(tǒng)分析通過結構圖可以方便地對系統(tǒng)進行分析，例如系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應時間等。控制系統(tǒng)03控制系統(tǒng)是一種通過反饋機制實現(xiàn)特定輸出與特定輸入之間關系的系統(tǒng)。它由傳感器、控制器、執(zhí)行器、被控對象等組成，通過信息交換實現(xiàn)系統(tǒng)的控制?？刂葡到y(tǒng)的定義控制系統(tǒng)的分類閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，將輸出信號反饋到輸入端進行比較，調整控制信號，提高控制精度和穩(wěn)定性。復合控制系統(tǒng)同時具有開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有較高的穩(wěn)定性和響應速度。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，輸入指令僅通過執(zhí)行器作用于被控對象，響應時間較快，但缺乏穩(wěn)定性?？刂葡到y(tǒng)的性能指標穩(wěn)定性系統(tǒng)在受到外部干擾后是否能回到穩(wěn)定狀態(tài)的性能指標?？焖傩韵到y(tǒng)對于輸入信號的響應速度，即系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間。準確性系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)后的誤差大小，即實際輸出與期望輸出的差距。010302分析方法04頻率分析法的基本思想將控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)表示成復數(shù)形式的表達式，然后利用復數(shù)性質進行分析。頻率分析法的優(yōu)點可以定量的分析系統(tǒng)的各項性能指標，包括穩(wěn)定性、響應速度、超調量等。頻率分析法的局限性需要大量的計算和繪圖工作，對復雜系統(tǒng)進行分析時比較繁瑣。頻率分析法根軌跡法根軌跡法的基本思想將控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)表示成根的形式，然后根據(jù)根的分布情況進行分析。根軌跡法的優(yōu)點可以直觀地反映系統(tǒng)的性能指標，如穩(wěn)定性、響應速度、超調量等。根軌跡法的局限性對于高階系統(tǒng)進行分析時比較復雜，需要繪制多個根軌跡圖。010203極點配置法的基本思想通過選擇控制器的參數(shù)，使得系統(tǒng)的極點配置在期望的位置上，從而達到預期的系統(tǒng)性能。極點配置法的優(yōu)點可以靈活地調整系統(tǒng)的性能指標，對于多變量系統(tǒng)也可以進行有效的分析。極點配置法的局限性需要知道系統(tǒng)的模型結構以及期望的性能指標，對于無法建立數(shù)學模型的復雜系統(tǒng)難以應用。極點配置法PID控制器05PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)設定值和實際輸出值之間的誤差，通過比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進行控制。PID控制器通常由比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)（I）和微分環(huán)節(jié)（D）三個基本控制環(huán)節(jié)組成。PID控制器的定義1PID控制器的組成23通過調整控制器輸出與誤差信號之間的比例關系，來減少誤差。比例環(huán)節(jié)（P）通過計算誤差信號的變化率，即誤差的累積量，來進一步減少誤差。積分環(huán)節(jié)（I）通過計算誤差信號的變化率，即誤差的變化趨勢，來提前對系統(tǒng)進行控制，以避免誤差的進一步增加。微分環(huán)節(jié)（D）優(yōu)點PID控制器結構簡單，易于實現(xiàn)，且具有較好的魯棒性和適應性，能夠應