深大自動(dòng)控制原理總復(fù)習(xí)

深大自動(dòng)控制原理總復(fù)習(xí)引言自動(dòng)控制原理概述控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型線性系統(tǒng)的時(shí)域分析線性系統(tǒng)的頻域分析控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)非線性系統(tǒng)分析控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析控制系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn)引言01提高應(yīng)用能力復(fù)習(xí)不僅僅是回憶知識(shí)點(diǎn)，更是提高實(shí)際應(yīng)用能力的關(guān)鍵步驟。通過(guò)復(fù)習(xí)，可以更好地將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。鞏固知識(shí)體系通過(guò)復(fù)習(xí)，可以加深對(duì)自動(dòng)控制原理的理解，進(jìn)一步鞏固知識(shí)體系，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。應(yīng)對(duì)考試和考核對(duì)于面臨考試和考核的學(xué)生來(lái)說(shuō)，復(fù)習(xí)是提高考試成績(jī)和評(píng)價(jià)考核的重要途徑。通過(guò)系統(tǒng)地復(fù)習(xí)，可以更好地掌握考試要點(diǎn)和難點(diǎn)，提高應(yīng)試能力。復(fù)習(xí)的目的和意義第二季度第一季度第四季度第三季度制定復(fù)習(xí)計(jì)劃多種方式結(jié)合注重理解和應(yīng)用做好筆記和總結(jié)復(fù)習(xí)的方法和策略制定詳細(xì)的復(fù)習(xí)計(jì)劃，合理安排時(shí)間，確保復(fù)習(xí)進(jìn)度和質(zhì)量。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整計(jì)劃，確保復(fù)習(xí)的針對(duì)性和有效性。采用多種方式進(jìn)行復(fù)習(xí)，如閱讀教材、筆記和課件，做習(xí)題和模擬試卷，參加線上或線下輔導(dǎo)等。多種方式結(jié)合可以更好地鞏固知識(shí)點(diǎn)和提高應(yīng)用能力。在復(fù)習(xí)過(guò)程中，要注重對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深入理解和應(yīng)用。對(duì)于難以理解的問(wèn)題，可以通過(guò)查閱資料、與同學(xué)討論或請(qǐng)教老師等方式加以解決。在復(fù)習(xí)過(guò)程中，要做好筆記和總結(jié)，以便于回顧和鞏固知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，筆記和總結(jié)也是備考的重要資料，可以提供針對(duì)性的復(fù)習(xí)和備考指導(dǎo)。自動(dòng)控制原理概述02

自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)的基本組成控制器、受控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量元件。開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有反饋回路，閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋回路。用于接收輸入信號(hào)，并按照設(shè)定的算法產(chǎn)生輸出信號(hào)?？刂破鞅豢刂频膶?duì)象或過(guò)程。受控對(duì)象根據(jù)控制器輸出的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象改變其狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于檢測(cè)受控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)，并將檢測(cè)結(jié)果反饋給控制器。測(cè)量元件自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成按輸入信號(hào)的特征分類：恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化分類：時(shí)變系統(tǒng)、時(shí)不變系統(tǒng)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能否回到原來(lái)的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性快速性準(zhǔn)確性抗干擾性系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的跟蹤速度。系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定值后與設(shè)定值的偏差大小。系統(tǒng)對(duì)外部干擾的抑制能力。自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型03傳遞函數(shù)是描述線性時(shí)不變系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，它表達(dá)了系統(tǒng)輸出變量與輸入變量之間的函數(shù)關(guān)系。定義傳遞函數(shù)通常表示為有理分式的形式，即G(s)=num(s)/den(s)，其中s是復(fù)數(shù)變量，num(s)和den(s)分別是分子和分母多項(xiàng)式函數(shù)。形式傳遞函數(shù)具有一些基本性質(zhì)，如線性性、時(shí)不變性、因果性和穩(wěn)定性等。性質(zhì)傳遞函數(shù)定義動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖是一種圖形表示方法，用于描述控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和各組成部分之間的相互關(guān)系。組成動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由一系列的環(huán)節(jié)、傳遞函數(shù)和信號(hào)線組成，環(huán)節(jié)表示系統(tǒng)中的元件或子系統(tǒng)，信號(hào)線表示信號(hào)的傳遞方向。建立根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以建立動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并通過(guò)信號(hào)流圖進(jìn)行簡(jiǎn)化或化簡(jiǎn)。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖定義01狀態(tài)空間模型是一種描述控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)模型，它基于系統(tǒng)的狀態(tài)變量和輸入輸出變量來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。形式02狀態(tài)空間模型由狀態(tài)方程和輸出方程組成，其中狀態(tài)方程描述了系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的變化規(guī)律，輸出方程描述了系統(tǒng)輸出變量與狀態(tài)變量和輸入變量之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)換03通過(guò)傳遞函數(shù)或動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，可以將其轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間模型，以便進(jìn)行更深入的分析和設(shè)計(jì)。狀態(tài)空間模型在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要可以將控制系統(tǒng)模型從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，如從傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間模型，或從動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)。轉(zhuǎn)換對(duì)控制系統(tǒng)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)是為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程和提高計(jì)算效率。常見的化簡(jiǎn)方法包括部分分式展開、相似變換、狀態(tài)反饋等?；?jiǎn)轉(zhuǎn)換與化簡(jiǎn)在控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用，如穩(wěn)定性分析、控制器設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制等。應(yīng)用控制系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換與化簡(jiǎn)線性系統(tǒng)的時(shí)域分析0403系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度是指系統(tǒng)在穩(wěn)定邊界上的距離，用于衡量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。01穩(wěn)定性的定義如果一個(gè)系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能夠回到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則稱該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。02勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，利用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析階躍響應(yīng)分析階躍響應(yīng)是系統(tǒng)對(duì)單位階躍函數(shù)的響應(yīng)，通過(guò)分析階躍響應(yīng)的超調(diào)和調(diào)節(jié)時(shí)間等參數(shù)，可以評(píng)估系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)常見的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量等。動(dòng)態(tài)性能的定義系統(tǒng)在輸入信號(hào)的作用下，其輸出響應(yīng)隨時(shí)間變化的特性。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析系統(tǒng)誤差分析系統(tǒng)誤差是指系統(tǒng)的輸出與理想輸出之間的差值，通過(guò)分析系統(tǒng)誤差的大小和穩(wěn)定性，可以評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)常見的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)包括誤差范圍、誤差精度和誤差靈敏度等。穩(wěn)態(tài)性能的定義系統(tǒng)在輸入信號(hào)的作用下，其輸出響應(yīng)趨于穩(wěn)定后所表現(xiàn)出來(lái)的特性。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析線性系統(tǒng)的頻域分析05123描述線性系統(tǒng)對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)特性。頻率特性傳遞函數(shù)是頻率特性的拉普拉斯變換形式。頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系反映系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的增益、相位和失真等特性。頻率特性的物理意義頻率特性的基本概念定義法根據(jù)傳遞函數(shù)求取頻率特性。實(shí)驗(yàn)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)，再轉(zhuǎn)換為頻率特性。頻率特性的求取方法顯示系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的幅值和相位響應(yīng)。Bode圖Nyquist圖Nichols圖顯示系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)分布，反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性。顯示系統(tǒng)的增益和相位裕度，用于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。030201頻率特性的圖示方法勞斯判據(jù)通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。Nyquist判據(jù)通過(guò)繪制系統(tǒng)的Nyquist曲線，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。幅值裕度和相位裕度判據(jù)通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的增益和相位裕度，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。頻域穩(wěn)定性判據(jù)控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)06校正為了改善系統(tǒng)的性能指標(biāo)，通過(guò)附加裝置改變系統(tǒng)的特性或參數(shù)。性能指標(biāo)反映系統(tǒng)性能優(yōu)劣的量，如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差等。校正裝置附加在系統(tǒng)中的裝置，如放大器、積分器、微分器等。系統(tǒng)校正的基本概念串聯(lián)校正的基本思想在系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中串聯(lián)一個(gè)環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的性能。串聯(lián)超前校正通過(guò)增加系統(tǒng)的相位裕度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間。串聯(lián)滯后校正通過(guò)減小系統(tǒng)的相位裕度提高系統(tǒng)的增益，同時(shí)減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。串聯(lián)校正通過(guò)并聯(lián)一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)改變系統(tǒng)的根軌跡，從而改善系統(tǒng)的性能。并聯(lián)校正的基本思想通過(guò)增加系統(tǒng)的增益提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。并聯(lián)超前校正通過(guò)減小系統(tǒng)的增益提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)減小系統(tǒng)的超調(diào)量。并聯(lián)滯后校正并聯(lián)校正前饋校正的基本思想通過(guò)引入前饋控制環(huán)節(jié)來(lái)減小系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感性。前饋校正的優(yōu)點(diǎn)能夠減小系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的敏感性，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。前饋控制根據(jù)擾動(dòng)量的測(cè)量值對(duì)輸出進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂品绞?。前饋校正非線性系統(tǒng)分析07非線性系統(tǒng)的基本概念根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，非線性系統(tǒng)可以分為不同的類型，如按輸入輸出關(guān)系可分為時(shí)變非線性系統(tǒng)和時(shí)不變非線性系統(tǒng)等。非線性系統(tǒng)的分類非線性系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出與輸入不成正比關(guān)系的系統(tǒng)，即系統(tǒng)的響應(yīng)特性不是線性的。非線性系統(tǒng)的定義非線性系統(tǒng)具有復(fù)雜性、多變性、不規(guī)則性和不可預(yù)測(cè)性等特點(diǎn)，其行為難以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型描述。非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)描述函數(shù)的計(jì)算方法描述函數(shù)是通過(guò)將非線性系統(tǒng)的輸入和輸出進(jìn)行傅里葉變換，然后通過(guò)一定的計(jì)算方法得到。描述函數(shù)的性質(zhì)描述函數(shù)具有一些重要的性質(zhì)，如奇偶性、頻率特性等，這些性質(zhì)對(duì)于分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性等特性非常重要。描述函數(shù)定義描述函數(shù)是一種用于分析非線性系統(tǒng)的工具，它通過(guò)將非線性系統(tǒng)近似為線性系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化分析過(guò)程。非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析法非線性系統(tǒng)的相平面分析法相平面是用于分析非線性系統(tǒng)的二維平面，它通過(guò)將系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行組合得到。相平面分析的步驟在相平面上，可以通過(guò)觀察系統(tǒng)的軌跡、極限環(huán)等特性來(lái)分析系統(tǒng)的行為。具體步驟包括繪制相圖、分析軌跡走向、判斷平衡狀態(tài)等。相平面分析的應(yīng)用相平面分析在控制工程中有著廣泛的應(yīng)用，如用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。同時(shí)，相平面分析也是研究非線性系統(tǒng)的重要工具之一。相平面的定義控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析08描述系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變量，通常選取系統(tǒng)的輸入、輸出和內(nèi)部變量作為狀態(tài)變量。狀態(tài)變量描述系統(tǒng)狀態(tài)變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，通常采用微分方程或差分方程形式表示。狀態(tài)方程描述系統(tǒng)輸出與狀態(tài)變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，通常表示為狀態(tài)變量的線性函數(shù)。輸出方程狀態(tài)空間的基本概念解析法通過(guò)求解狀態(tài)方程得到狀態(tài)變量的解析解，適用于線性時(shí)不變系統(tǒng)。數(shù)值法采用數(shù)值計(jì)算方法求解狀態(tài)方程，如歐拉法、龍格庫(kù)塔法等，適用于非線性或時(shí)變系統(tǒng)。穩(wěn)定性分析分析系統(tǒng)狀態(tài)方程的解是否穩(wěn)定，即當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后能否恢復(fù)到平衡狀態(tài)。狀態(tài)方程的解法030201能控性線性系統(tǒng)的能控性和能觀性判斷線性系統(tǒng)是否可以通過(guò)輸入信號(hào)控制其狀態(tài)變量的變化。能觀性判斷線性系統(tǒng)是否可以通過(guò)輸出信號(hào)觀測(cè)其狀態(tài)變量的變化。將線性系統(tǒng)通過(guò)線性變換轉(zhuǎn)換為能控標(biāo)準(zhǔn)型或能觀標(biāo)準(zhǔn)型，便于分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。能控標(biāo)準(zhǔn)型和能觀標(biāo)準(zhǔn)型控制系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn)09控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真的定義利用計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬，以便分析和研究系統(tǒng)的性能?？刂葡到y(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真的步驟建立數(shù)學(xué)模型、選擇合適的仿真算法、編寫仿真程序、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析?？刂葡到y(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真的優(yōu)點(diǎn)可以模擬各種實(shí)際情況下難以實(shí)現(xiàn)的情況，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間和成本，提高實(shí)驗(yàn)精度和可靠性。通過(guò)實(shí)際搭建控制系統(tǒng)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以獲取系統(tǒng)性能的實(shí)際數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究方法的定義確定實(shí)驗(yàn)方案、搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)采集與處理、結(jié)果分析和結(jié)論。實(shí)驗(yàn)研究方法的步驟能夠真實(shí)地反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，為理論分析提供實(shí)際依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究方法的優(yōu)點(diǎn)控