控制工程基礎(chǔ)課程提綱

控制工程根底提綱

河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓A210：85191934zhiqianmei@hotmail第一章自動(dòng)控制的普通概念Ch1.1根本原理與方法反響控制原理自動(dòng)控制的定義；反響控制的本質(zhì)。二．反響控制系統(tǒng)的根本組成1.給定元件;2.反響元件;3.比較元件;4.放大元件;5.執(zhí)行元件;6.校正元件.三.根本控制方式1.開(kāi)環(huán)控制；2.閉環(huán)反響控制Ch1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類按輸入量的特征分類1.恒值控制系統(tǒng);2.程序控制系統(tǒng);3.伺服系統(tǒng).二.按系統(tǒng)中傳送信號(hào)的性質(zhì)分類1.延續(xù)控制系統(tǒng);2.離散〔數(shù)字〕控制系統(tǒng)三.線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)線性控制系統(tǒng);非線性控制系統(tǒng)Ch1.3對(duì)控制系統(tǒng)的根本要求1.穩(wěn)定性;2.準(zhǔn)確性;3.快速性〔動(dòng)態(tài)性能〕.第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型Ch2.1控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型一.建立控制系統(tǒng)中元件時(shí)域數(shù)學(xué)模型步驟二.建立整個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型步驟三.時(shí)域數(shù)學(xué)模型的規(guī)范方式四.絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型的建立Ch2.2控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型(傳送函數(shù))一.拉氏變換的主要運(yùn)算定理1.線性定理；2.微分定理；3.位移定理；4.終值定理二.傳送函數(shù)的定義和性質(zhì)1.前提條件:(1)時(shí)域數(shù)學(xué)模型為線性定常系統(tǒng)；(2)零初始形狀.三.典型元件的傳送函數(shù)留意：各典型元件的規(guī)范方式比例環(huán)節(jié)一階微分環(huán)節(jié)二階微分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)延遲環(huán)節(jié)純微分環(huán)節(jié)Ch2.3控制系統(tǒng)的構(gòu)造圖與信號(hào)流圖一.構(gòu)造圖的組成與繪制二.構(gòu)造圖的等效變換和簡(jiǎn)化1.串聯(lián)方框的簡(jiǎn)化;2.并聯(lián)方框的簡(jiǎn)化;3.反響方框的簡(jiǎn)化;4.基于比較點(diǎn)的簡(jiǎn)化;5.基于引出點(diǎn)的簡(jiǎn)化.三.信號(hào)圖的組成及性質(zhì)1.組成:(1)節(jié)點(diǎn):輸入節(jié)點(diǎn);輸出節(jié)點(diǎn);混合節(jié)點(diǎn).(2)支路.(3)通路.(4)回路.(5)不接觸回路.四.信號(hào)圖的繪制五.梅遜(Mason)公式要求：利用構(gòu)造圖的等效變換和簡(jiǎn)化求整個(gè)系統(tǒng)傳送函數(shù)與利用信號(hào)流圖及梅遜(Mason)公式求系統(tǒng)傳送函數(shù)掌握其中一個(gè)。第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法Ch3.1系統(tǒng)時(shí)間呼應(yīng)的性能目的時(shí)域分析的三大義務(wù)：1.系統(tǒng)分析；2.綜合或設(shè)計(jì)；3.系統(tǒng)模型辨識(shí)。二.典型輸入信號(hào):單位階躍函數(shù);單位斜坡函數(shù);單位加速度函數(shù);單位脈沖函數(shù);正弦函數(shù).二.系統(tǒng)呼應(yīng)過(guò)程：1.動(dòng)態(tài)過(guò)程；2.穩(wěn)態(tài)過(guò)程Ch3.2一階系統(tǒng)的時(shí)域分析數(shù)學(xué)模型(傳送函數(shù))二.一階系統(tǒng)的階躍呼應(yīng)三.一階系統(tǒng)階躍呼應(yīng)的性能目的過(guò)渡時(shí)間：系統(tǒng)輸出〔呼應(yīng)〕與其穩(wěn)態(tài)值誤差絕對(duì)值小于2%所對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間。四.一階系統(tǒng)的單位斜坡呼應(yīng)性質(zhì)：(1)經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間(≥4T)，輸出增長(zhǎng)速率近似與輸入一樣；(2)輸出相對(duì)于輸入滯后時(shí)間T；(3)穩(wěn)態(tài)誤差=TCh3.3二階系統(tǒng)的時(shí)域分析一.傳送函數(shù)二.閉環(huán)特征方程根〔閉環(huán)極點(diǎn)〕三.四種阻尼欠阻尼：0<<1；臨界阻尼：=1過(guò)阻尼：>1；零阻尼：=0四.二階系統(tǒng)的單位階躍呼應(yīng)1.欠阻尼2.零阻尼3.臨界阻尼五.欠阻尼二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析1.三個(gè)衡量系統(tǒng)呼應(yīng)快速性能目的峰值時(shí)間：上升時(shí)間：調(diào)理〔過(guò)渡〕時(shí)間：2.兩個(gè)衡量系統(tǒng)呼應(yīng)平穩(wěn)性的性能目的超調(diào)量：振蕩次數(shù)六.改善二階系統(tǒng)性能的常用方法1.PID控制方法；2.測(cè)速反響控制方法

Ch3.4線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一.穩(wěn)定的充要條件二.穩(wěn)定性判別的Routh判據(jù)三.穩(wěn)定性判別的Hurwitz判據(jù)要求：掌握熟練其中一個(gè)穩(wěn)定性判據(jù)。Ch3.5線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算一.系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差以及相互關(guān)系二.單位負(fù)反響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算三.與輸入有關(guān)的穩(wěn)態(tài)誤差階躍、斜坡和加速度三個(gè)典型輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的各自系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差四.與系統(tǒng)類型有關(guān)的穩(wěn)態(tài)誤差開(kāi)環(huán)無(wú)積分環(huán)節(jié)、有一個(gè)積分環(huán)節(jié)、有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)階躍、斜坡和加速度三個(gè)典型輸入信號(hào)時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法Ch4.1根軌跡的幅角條件Ch4.2根軌跡繪制的根本法那么根軌跡起點(diǎn)與終點(diǎn)根軌跡分支條數(shù)，延續(xù)性和對(duì)稱性判別實(shí)軸上某一區(qū)段能否為根軌跡根軌跡的漸近線與實(shí)軸交點(diǎn)坐標(biāo)、與實(shí)軸傾角五.根軌跡的分別點(diǎn)(重合點(diǎn)):d六.根軌跡與虛軸的交點(diǎn)1.代入特征方程開(kāi)環(huán)零點(diǎn)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)2.利用Routh表方法七.根軌跡的起始角和終止角要求熟練掌握前六條關(guān)于根軌跡的繪制法那么，了解第七條法那么。Ch4.3廣義根軌跡系統(tǒng)的等效開(kāi)環(huán)傳送函數(shù)根軌跡繪制法那么在廣義根軌跡繪制中的應(yīng)用三.從根軌跡的角度，了解附加開(kāi)環(huán)零點(diǎn)的作用第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法Ch5.1頻率特性求法1.2.系統(tǒng)的零-極點(diǎn)圖表示系統(tǒng)的頻率特性頻率特性的幾何表示法幅相頻率特性曲線:極坐標(biāo)圖(Nyquist曲線)對(duì)數(shù)頻率特性曲線(Bode圖)兩張圖分別表示幅值頻率特性和相角頻率特性，其中兩張圖中橫坐標(biāo)：輸入信號(hào)的頻率采用對(duì)數(shù)分度，幅值〔單位dB,20lg(A)〕/相角那么采用線性分度Ch5.2開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解和開(kāi)環(huán)頻率特性曲線的繪制

一.典型環(huán)節(jié)的頻率特性的Nyquist曲線Bode圖表示比例環(huán)節(jié)2.積分環(huán)節(jié)3.微分環(huán)節(jié)4.慣性環(huán)節(jié)5.一階微分環(huán)節(jié)6.振蕩環(huán)節(jié)二.開(kāi)環(huán)Nyquist曲線1.Nyquist曲線的范圍：經(jīng)過(guò)開(kāi)環(huán)相頻特性的取值范圍確定Nyquist曲線在復(fù)平面中的哪個(gè)〔幾個(gè)〕象限。2.特征點(diǎn):起點(diǎn)：終點(diǎn)：與實(shí)軸的交點(diǎn)：與虛軸的交點(diǎn)：思索到在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性判別中的運(yùn)用，Nyquist曲線與負(fù)實(shí)軸的交點(diǎn)位置尤其重要。三.開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線(Bode圖)普通方法

Bode圖有兩張圖構(gòu)成，即對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻特性曲線。它們都可以由構(gòu)成開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)各自的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻特性曲線疊加而成。2.簡(jiǎn)易方法對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線有以下簡(jiǎn)易方法：Ch5.3頻率域穩(wěn)定性判據(jù)Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)：利用系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Nyquist曲線判別閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。Z:系統(tǒng)閉環(huán)在S右半平面中的極點(diǎn)個(gè)數(shù)P:系統(tǒng)開(kāi)環(huán)在S右半平面中的極點(diǎn)個(gè)數(shù)R:開(kāi)環(huán)圍繞點(diǎn)(-1,0j)反時(shí)針的圈數(shù)三者關(guān)系：R的計(jì)算：Nyquist曲線自下向上穿越實(shí)軸的區(qū)段，計(jì)為一次負(fù)穿越，用表示總次數(shù)；表示總正穿越次數(shù)假設(shè)開(kāi)環(huán)的積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)大于等于2，即,那么，先在Nyquist的起點(diǎn)處反時(shí)針補(bǔ)畫一半徑為A(0)無(wú)窮大，中心角為