自動(dòng)控制理論第版鄒伯敏課件第章

自動(dòng)控制理論——第三版鄒伯敏第一章本課件是針對(duì)自動(dòng)控制理論第三版，鄒伯敏編著的書籍而制作的。該課程內(nèi)容涵蓋了自動(dòng)控制的基本理論和應(yīng)用，包括系統(tǒng)模型、穩(wěn)定性、頻率響應(yīng)、控制器的設(shè)計(jì)等。本課件旨在為學(xué)生提供一個(gè)更便捷的學(xué)習(xí)平臺(tái)。緒論本章將介紹自動(dòng)控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)，包括控制系統(tǒng)的概念、分類、組成以及主要特點(diǎn)。我們將討論反饋控制系統(tǒng)的概念，并分析開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別。控制系統(tǒng)概念自動(dòng)控制系統(tǒng)是指在沒有人直接參與的情況下，通過對(duì)被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、處理和控制，以使被控對(duì)象按照預(yù)定的目標(biāo)運(yùn)行的系統(tǒng)。控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)通常由被控對(duì)象、控制器、傳感器、執(zhí)行器、反饋環(huán)節(jié)和參考輸入等組成?？刂葡到y(tǒng)特點(diǎn)控制系統(tǒng)具有閉環(huán)特性、動(dòng)態(tài)特性、非線性特性、隨機(jī)特性等特點(diǎn)。反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)是指在系統(tǒng)中加入反饋環(huán)節(jié)，將被控對(duì)象的輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并將誤差信號(hào)反饋給控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的自動(dòng)控制。開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，控制器的輸出直接作用于被控對(duì)象，無法根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，可以根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)更精確的控制?？刂葡到y(tǒng)分類1按控制量分類包括位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。2按控制方式分類包括開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。3按系統(tǒng)性質(zhì)分類包括線性控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)等。線性時(shí)不變連續(xù)控制系統(tǒng)線性時(shí)不變連續(xù)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系可以用線性微分方程來描述，并且系統(tǒng)的參數(shù)不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)行為的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它可以用來分析系統(tǒng)的特性，預(yù)測(cè)系統(tǒng)的行為，并設(shè)計(jì)控制策略。微分方程法微分方程法是通過建立系統(tǒng)的微分方程來描述系統(tǒng)的行為。微分方程法可以描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，但求解微分方程可能比較復(fù)雜。傳遞函數(shù)法傳遞函數(shù)法是通過建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來描述系統(tǒng)的行為。傳遞函數(shù)法可以方便地分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和穩(wěn)定性，但它只能描述線性時(shí)不變系統(tǒng)。系統(tǒng)的時(shí)域分析時(shí)域分析是指通過分析系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間響應(yīng)來研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。時(shí)域分析方法直觀易懂，但難以分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和穩(wěn)定性。時(shí)域指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)是用來衡量系統(tǒng)性能的指標(biāo)，包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量等。穩(wěn)定性概念穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能否恢復(fù)到平衡狀態(tài)，以及恢復(fù)到平衡狀態(tài)的速度有多快。穩(wěn)定性的定義穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，其輸出信號(hào)不會(huì)隨著時(shí)間無限增長(zhǎng)，而是趨于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)輸出信號(hào)的收斂方式，可以分為漸進(jìn)穩(wěn)定、穩(wěn)定、不穩(wěn)定等。判斷穩(wěn)定性的方法根軌跡法根軌跡法是一種圖形方法，通過分析閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程的根軌跡，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法是通過分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以分析系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度。Lyapunov方法Lyapunov方法是通過構(gòu)建Lyapunov函數(shù)，分析系統(tǒng)的能量變化來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性判據(jù)：代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)是基于系統(tǒng)的特征方程的系數(shù)來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括Routh-Hurwitz判據(jù)、Hurwitz判據(jù)等。穩(wěn)定性判據(jù)：幾何穩(wěn)定性判據(jù)幾何穩(wěn)定性判據(jù)是基于系統(tǒng)的根軌跡或奈奎斯特曲線來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括根軌跡法、奈奎斯特判據(jù)等。穩(wěn)定性判據(jù)：Lyapunov方法Lyapunov方法是一種基于能量函數(shù)的穩(wěn)定性分析方法，可以用來判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，以及穩(wěn)定程度。該方法可以應(yīng)用于非線性系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)是指系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間響應(yīng)，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。時(shí)間響應(yīng)可以分為階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、正弦響應(yīng)等。一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)一階系統(tǒng)是指系統(tǒng)微分方程中最高階導(dǎo)數(shù)為1的系統(tǒng)。一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)呈指數(shù)衰減的形式，時(shí)間常數(shù)決定了衰減速度。二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)二階系統(tǒng)是指系統(tǒng)微分方程中最高階導(dǎo)數(shù)為2的系統(tǒng)。二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)可能出現(xiàn)超調(diào)、振蕩等現(xiàn)象，其特性與阻尼比和自然頻率有關(guān)。高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)高階系統(tǒng)是指系統(tǒng)微分方程中最高階導(dǎo)數(shù)大于2的系統(tǒng)。高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)可能更加復(fù)雜，分析方法通常采用根軌跡法或頻率響應(yīng)法。系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)性能指標(biāo)用來衡量系統(tǒng)的性能，包括穩(wěn)定性指標(biāo)、快速性指標(biāo)、準(zhǔn)確性指標(biāo)、魯棒性指標(biāo)等。調(diào)節(jié)過程中的性能指標(biāo)調(diào)節(jié)過程中的性能指標(biāo)主要用來衡量系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力，包括調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、振蕩周期等。階躍響應(yīng)中的性能指標(biāo)階躍響應(yīng)中的性能指標(biāo)主要用來衡量系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響應(yīng)速度和精度，包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差等。頻域分析基礎(chǔ)頻域分析是指通過分析系統(tǒng)對(duì)不同頻率的正弦信號(hào)的響