自動(dòng)控制原理王永驥版第五章

自動(dòng)控制原理王永驥版第五章目錄contents控制系統(tǒng)概述控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)性能分析控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真控制系統(tǒng)概述CATALOGUE01控制系統(tǒng)的定義與分類(lèi)控制系統(tǒng)的定義控制系統(tǒng)是一種通過(guò)接收輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后輸出控制信號(hào)的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的分類(lèi)按照不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，控制系統(tǒng)可以分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)等。執(zhí)行器執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的輸出部分，用于接收控制信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的控制動(dòng)作。被控對(duì)象被控對(duì)象是控制系統(tǒng)所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)。傳感器傳感器是控制系統(tǒng)的輸入部分，用于檢測(cè)被控對(duì)象的參數(shù)變化，并將參數(shù)變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。控制器控制器是控制系統(tǒng)的核心部分，用于接收輸入信號(hào)，按照設(shè)定的算法處理信號(hào)，并輸出控制信號(hào)。控制系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)必須能夠保持穩(wěn)定，避免因干擾或內(nèi)部參數(shù)變化而產(chǎn)生振蕩或失控。穩(wěn)定性控制系統(tǒng)必須能夠準(zhǔn)確地跟蹤輸入信號(hào)的變化，并減小跟蹤誤差。準(zhǔn)確性控制系統(tǒng)必須能夠快速地響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定值?？焖傩钥刂葡到y(tǒng)必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠抵抗外部干擾的影響，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性?？垢蓴_性01030204控制系統(tǒng)的性能要求控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型CATALOGUE02傳遞函數(shù)的性質(zhì)傳遞函數(shù)具有復(fù)數(shù)域的性質(zhì)，可以表示為多項(xiàng)式、分式或冪函數(shù)的組合，其極點(diǎn)和零點(diǎn)決定了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。傳遞函數(shù)的計(jì)算傳遞函數(shù)可以通過(guò)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和連接方式計(jì)算得到。傳遞函數(shù)的定義傳遞函數(shù)是線性定常系統(tǒng)在零初始條件下，輸出量對(duì)輸入量的拉普拉斯變換之比?？刂葡到y(tǒng)傳遞函數(shù)根據(jù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的物理特性和輸入輸出關(guān)系，建立線性微分方程組。微分方程的建立通過(guò)求解微分方程組，可以得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。微分方程的求解微分方程具有時(shí)間域的性質(zhì)，可以表示為多項(xiàng)式、指數(shù)函數(shù)或三角函數(shù)的組合。微分方程的性質(zhì)控制系統(tǒng)微分方程03控制系統(tǒng)框圖與信號(hào)流圖的應(yīng)用通過(guò)控制系統(tǒng)框圖和信號(hào)流圖，可以方便地分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。01控制系統(tǒng)框圖的建立根據(jù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和連接方式，建立控制系統(tǒng)框圖。02信號(hào)流圖的建立根據(jù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系，建立信號(hào)流圖?？刂葡到y(tǒng)框圖與信號(hào)流圖控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析CATALOGUE03控制系統(tǒng)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，能夠回到原來(lái)的平衡狀態(tài)，或在平衡狀態(tài)附近做小范圍振蕩的性能。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，也是系統(tǒng)能夠正常工作的基礎(chǔ)。控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析是自動(dòng)控制原理中的重要內(nèi)容，也是實(shí)際工程中必須考慮的問(wèn)題。010203控制系統(tǒng)穩(wěn)定性定義勞斯穩(wěn)定判據(jù)01勞斯穩(wěn)定判據(jù)是一種通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)來(lái)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。02它通過(guò)計(jì)算開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的勞斯表來(lái)確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并給出系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件。勞斯穩(wěn)定判據(jù)具有簡(jiǎn)單、直觀、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。03根軌跡法01根軌跡法是一種通過(guò)繪制根軌跡圖來(lái)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。02它通過(guò)分析開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)在復(fù)平面上的運(yùn)動(dòng)軌跡，來(lái)研究系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化規(guī)律。03根軌跡法具有直觀、易于理解等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)頻率特性分析控制系統(tǒng)頻率特性分析是一種通過(guò)分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)來(lái)研究系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。它通過(guò)分析系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，來(lái)研究系統(tǒng)在不同頻率下的響應(yīng)特性，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。頻率特性分析具有直觀、易于理解等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)性能分析CATALOGUE04定義、計(jì)算方法、減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法。穩(wěn)態(tài)誤差系統(tǒng)的輸出、輸入、時(shí)間常數(shù)等靜態(tài)特性的計(jì)算和分析。靜態(tài)特性使用勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)等穩(wěn)定性判據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、頻率響應(yīng)等動(dòng)態(tài)響應(yīng)的分析。動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)的阻尼比、自然頻率、增益等動(dòng)態(tài)特性的計(jì)算和分析。動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化使用超前、滯后、PID等控制方法優(yōu)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能?？刂葡到y(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析誤差定義誤差的類(lèi)型、定義、計(jì)算方法。誤差抑制使用前饋控制、反饋控制等方法抑制系統(tǒng)誤差。誤差傳遞誤差傳遞函數(shù)的計(jì)算和分析。控制系統(tǒng)誤差分析控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)CATALOGUE05可維護(hù)性系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)便于維護(hù)和升級(jí)，降低運(yùn)營(yíng)成本。經(jīng)濟(jì)性在滿(mǎn)足性能指標(biāo)和穩(wěn)定性的前提下，盡可能降低系統(tǒng)成本?？煽啃赃x用高質(zhì)量的元件和設(shè)備，進(jìn)行合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)，以提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)穩(wěn)定性確保系統(tǒng)在各種條件下都能保持穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)振蕩、失控等現(xiàn)象。性能指標(biāo)根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)定合理的性能指標(biāo)，如調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟通過(guò)在系統(tǒng)中串聯(lián)適當(dāng)?shù)难b置，如放大器、濾波器等，改善系統(tǒng)的性能。串聯(lián)校正裝置通過(guò)串聯(lián)適當(dāng)?shù)难b置，調(diào)整系統(tǒng)相位特性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相位校正根據(jù)性能指標(biāo)要求，調(diào)整串聯(lián)裝置的增益，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。增益調(diào)整通過(guò)頻率響應(yīng)分析方法，評(píng)估串聯(lián)校正裝置對(duì)系統(tǒng)性能的影響。頻率響應(yīng)分析控制系統(tǒng)串聯(lián)校正并聯(lián)校正裝置通過(guò)在系統(tǒng)中并聯(lián)適當(dāng)?shù)难b置，如積分器、微分器等，改善系統(tǒng)的性能。阻尼比調(diào)整通過(guò)并聯(lián)適當(dāng)?shù)难b置，調(diào)整系統(tǒng)的阻尼比，以減小系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩。響應(yīng)速度調(diào)整根據(jù)性能指標(biāo)要求，調(diào)整并聯(lián)裝置的參數(shù)，以改善系統(tǒng)的響應(yīng)速度。誤差信號(hào)處理通過(guò)并聯(lián)適當(dāng)?shù)难b置，處理系統(tǒng)誤差信號(hào)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度?？刂葡到y(tǒng)并聯(lián)校正控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真CATALOGUE06控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，選擇合適的控制器，如PLC、單片機(jī)、DSP等，并進(jìn)行相應(yīng)的硬件電路設(shè)計(jì)。執(zhí)行器與傳感器選擇并安裝適合的執(zhí)行器（如電機(jī)、氣動(dòng)閥等）和傳感器（如光電編碼器、壓力傳感器等），確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取被控對(duì)象的參數(shù)并進(jìn)行有效控制。抗干擾措施為保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采取相應(yīng)的抗干擾措施，如信號(hào)屏蔽、濾波器設(shè)計(jì)等。控制器選擇與設(shè)計(jì)01根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，選擇合適的控制算法，如PID控制、模糊控制等，并進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)?？刂扑惴▽?shí)現(xiàn)02設(shè)計(jì)易于操作的人機(jī)界面，提供必要的信息顯示和操作功能，方便用戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和操作。人機(jī)界面設(shè)計(jì)03進(jìn)行軟件測(cè)試和調(diào)試，確保軟件功能正確、性能穩(wěn)定。軟件測(cè)試與調(diào)試控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)仿真軟件選擇選擇適合的仿真軟件，如MATLAB/Simulink、Syste