自动控制原理开环传递函数

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自动控制原理_第5章_3

5.3 控制系统的频率特性
在绘制各个典型环节频率特性的基础上，可以绘制控制系统的频率特性。
5.3.1 控制系统开环频率特性的Nyquist图
一个控制系统的开环传递函数可以写成典型
环节的连乘积形式。
1
举例一个开环传递函数为
K ( s 1) G( s) 2 2 s(T1s 1)(T2 s 2 T2 s 1)
27
2
对于非单位反馈系统，在其开环频率特性幅值
G( j)H ( j) 很大的频段内，闭环频率特性
1 ( j ) H ( j )
即近似等于反馈环节频率特性的倒数。
对于开环放大倍数 K 很大的闭环系统，在低频段
具有这个特点。
28
3
对于非单位反馈系统，一般来说，其开环
频率特性的高频段幅值很小。在这一频段内，闭环
1
当 0 时，放大环节、惯性环节、振荡环节、
一阶微分环节、二阶微分环节的幅角均为 00 。
。只有积分环节， 0 时，相角为 900 当
如果开环传递函数中含有 v 个积分环节，开环频率特性的Nyquist图在 0 的起始处幅角为 v 900 。

6
2
当 0 时，放大环节的幅值为 K ，
21
[例5-5] 控制系统的开环传递函数为
10( s 1) G( s) s(2.5s 1)(0.04s 2 0.24s 1)
绘制系统的渐近开环对数幅频特性和相频特性。
22
100 Magnitude (dB)
Asymptotic Bode Diagram
-20dB/dec
50
20
频率特性近似等于系统前向通道的频率特性。一般来说，闭环系统在高频段内显示这一性质。在工程实践中，当开环幅频特性

自动控制原理第二版课后答案

自动控制原理第二版课后答案X.2- 2由牛顿第二运动定律，在不计重力时，可得/；(x.-x0)-/2x0=rnx整理得"等十⑺S字" d\将上式拉氏变换，并注意到运动由静止开始，即初始条件全部为零，可得［亦+(人+/2)$］血0)=人迟⑸于是传递函数为疋($)恥 + /; +/2②其上半部弹簧与阻尼器之间，取辅助点A,并设A点位移为无，方向朝下; 而在其下半部工。

引出点处取为辅助点B。

则由弹簧力与阻尼力平衡的原则,从A和B两点可以分别列出如下原始方程：K］（兀-x） = /（x-x c）消去中间变量X,可得系统微分方程佔+心）牛+ K心0 = 牛at at对上式取拉氏变换，并计及初始条件为零，得系统传递函数为K ⑸一/（&+£）$+&瓦③以引出点作为辅助点，根据力的平衡原则，可列出如下原始方程: 蜀（兀-X）+ /（乙-对）=丘％移项整理得系统微分方程/贽+ （陌+ 0）心=令+瓦兀对上式进行拉氏变换，并注意到运动由静止开始，即X r（。

） = X0（。

）= °则系统传递函数为X。

(£)_ fz K\ 兀G) 一冷+ (K]+0)2-3r 並'C 2s=1 （&C°s 十 1）一 1 {T.S + 1）・・・——(T.s + 1)所以.5(s)_ S _ C“ -_⑺s + l)®s + l)'5(s) Z 1 + Z 2 尽 |1(匚「J 尽C Q S + ^S + I)込s + 1)T 、s +1 C 2s 2(b) 以幻和fl 之间取辅助点A,并设A 点位移为方向朝下；根据力的平衡原则，可列出如下原始方程：解：(a):利用运算阻抗法得：Z] =R 』R.——1 _ C\s泾尽+丄R 】 RiGs +1+1K2(X.-X0)+ f2(x. - x0) = /；(x0 -x) (1)A：1x = /；(x(> -x) (2)所以K2(x i-X0)4-/2(X,--X0)=K x x (3)対(3)式两边取微分得恳2(乙—攵。

自动控制原理公式汇总松鼠学长

自动控制原理公式汇总松鼠学长
自动控制原理涉及到很多公式，下面是一些常见的公式汇总：1.开环传递函数：G(s) = Y(s)/U(s)
- G(s)表示系统的传递函数
- Y(s)表示输出信号的Laplace变换
- U(s)表示输入信号的Laplace变换
2.闭环传递函数：T(s) = Y(s)/R(s)
- T(s)表示闭环系统的传递函数
- Y(s)表示输出信号的Laplace变换
- R(s)表示参考输入信号的Laplace变换
3.系统的单位反馈闭环传递函数：T(s) = G(s)/(1 + G(s)H(s)) - T(s)表示闭环系统的传递函数
- G(s)表示开环系统的传递函数
- H(s)表示单位反馈的传递函数
4.闭环系统的稳定性判据：若开环传递函数G(s)的所有极点的实部都小于零，则闭环系统是稳定的。

5. PID控制器输出信号：u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫[0,t] e(τ) dτ + Kd*de(t)/dt
- u(t)表示PID控制器的输出信号
- Kp是比例增益
- Ki是积分增益
- Kd是微分增益
- e(t)是误差信号，等于参考输入信号与实际输出信号之差
这些公式只是自动控制原理中的一小部分，实际上自动控制原理是一个庞大的学科，涉及到许多不同的理论和方法。

它还包括了传感器和执行器的动态特性、控制器的设计和调节、系统的鲁棒性等方面的内容。

在实际应用中，根据具体问题的要求，可能还需要考虑动态特性的影响、非线性系统的建模和控制、多变量系统的控制等更高级的内容。

因此，适当拓展自动控制原理的公式是必要的。

自动控制原理题目(含答案)

《自动控制原理》复习参考资料一、基本知识 11、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。

2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。

3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。

4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。

5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。

6、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。

7、两个传递函数分别为 G1(s)与 G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为G(s)+G2(s)，以串联方式连接，其等效传递函数为G1(s)*G2(s)。

18、系统前向通道传递函数为 G (s)，其正反馈的传递函数为 H (s)，则其闭环传递函数为G(s) /(1-G(s) H(s) )。

9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为 G (s)，则闭环传递函数为G(s) /(1+ G(s) )。

10 、典型二阶系统中，ξ=0.707 时，称该系统处于二阶工程最佳状态，此时超调量为 4.3%。

11、应用劳斯判据判断系统稳定性，劳斯表中第一列数据全部为正数，则系统稳定。

12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负，即都分布在S平面的左平面。

13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号，恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。

14、对于有稳态误差的系统，在前向通道中串联比例积分环节，系统误差将变为零。

15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。

16 、对于一个有稳态误差的系统，增大系统增益则稳态误差将减小。

17 、对于典型二阶系统，惯性时间常数 T 愈大则系统的快速性愈差。

18 、应用频域分析法，穿越频率越大，则对应时域指标 ts越小，即快速性越好19 最小相位系统是指 S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。

20、按照校正装置在系统中的不同位置，系统校正可分为串联校正、反馈校正、补偿校正与复合校正四种。

自动控制原理_王万良(课后答案7

⎧ ⎪ ⎪
20 lg 5 × 1 ω1 a
验证
Hg ∗
：
− 10
=
⎪ ⎨
⎪
20 lg 5 × 1 ω12 a
⎪⎪20 lg ⎩
ω12
5 × 0.5ω1
×
1 a
ω1 < 1 1 < ω1 < 2
ω1 > 2
ω1 = 1.32
φ′( jω1) = −1780 > −1800
满足幅值裕量条件，所以
G′(s)
拓宽频率。即
G1 (s)
=
s(0.2s
40 + 1)(0.00625s
+ 1)
L (ω
)
=
⎧ ⎪ ⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎪⎩20
lg
20
lg
40 ω
20
lg
ω
40 × 0.2ω
40
ω × 0.2ω × 0.00625ω
ω <5 5 < ω < 160
ω > 160
γ
′
= 1800
− 900
−
arctg
(0.2ω
φG ( jω2 ) = arctg(0.088ω2 ) − 90 − arctg(0.2ω2 ) − arctg(0.00625ω2 ) − arctg(0.035ω2 ) = −155.50 > −1
校正后系统满足幅值裕量的条件。 7.2 设开环传递函数
G(s) =
K
s(s + 1)(0.01s + 1)
γ ′′ > γ ∗
ωc″ > ωc∗
T = 1/(ωc″ a ) = 0.067

《自动控制原理》第5章习题答案

jω
期望极点
期望极点
− p3
j
600
j0.58
− p2
-1
− p1
0 -j
-3
-2
σ
-2
19.150 -1
40.880 0.33 0
119.640
校核相角条件：根据在图中主导极点位置的近似值－0.33 ± j 0.58 和开环极点的位置，作由各开环极点到期望主导极点的向量，
Φ = －119.640 －40.880 －19.150 = －179.670≈－1800
− p2
-10 -5
− p1
0
σ
②计算期望主导极点位置。
超调量σ％ ≤ 20％，调整时间 ts ≤ 0.5s
4
ζω n
= 0.5s ， ζω n = 8
σ%=e
−
ζπ
1−ζ 2
= 0.2 ， ζ = 0.45 ， θ = 63.2 0
故，期望主导极点位置， s1, 2 = −8 ± j15.8
期望极点
Gc ( s ) =
4，控制系统的结构如图 T5.3 所示，Gc(s)为校正装置传递函数，用根轨迹法设计校正装置，
使校正后的系统满足如下要求，速度误差系数 Kv ≥ 20，闭环主导极点 ω n = 4 ，阻尼系数保持不变。
R(s)
+ -
Gc(s)
4 s ( s + 2)
Y(s)
图 T5.3
解：①校核原系统。
14
+20
0dB
1
Φ (ω ) 度
900 00
5
ω rad/s
ω rad/s
2，控制系统的结构如图 T5.1 所示，试选择控制器 Gc(s)，使系统对阶跃响应输入的超调量

自动控制原理知识点总结1~3章

自动控制原理知识点总结第一章1、自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。

2、被控制量:在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量.3、控制量:作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。

4、扰动量：干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量,也称扰动输入或干扰掐入.5、反馈:通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端,与输入信号相比较.反送到输入端的信号称为反馈信号。

6、负反馈：反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号.7、负反馈控制原理:检测偏差用以消除偏差。

将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号.然后根据偏差信号产生相应的控制作用,力图消除或减少偏差的过程。

8、自动控制系统的两种常用控制方式是开环控制和闭环控制 .9、开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差,控制精度也不高。

10、闭环控制：控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用，而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。

主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。

11、控制系统的性能指标主要表现在：(1)、稳定性：系统的工作基础. （2)、快速性：动态过程时间要短，振荡要轻。

（3）、准确性：稳态精度要高，误差要小。

12、实现自动控制的主要原则有：主反馈原则、补偿原则、复合控制原则。

第二章1、控制系统的数学模型有: 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性。

2、传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比3、求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换,或化简系统的动态方框图.对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。

4、结构图的变换与化简化简方框图是求传递函数的常用方法。

自动控制原理习题及其解答第三章

第三章例3-1 系统的结构图如图3-1所示。

已知传递函数 )12.0/(10)(+=s s G 。

今欲采用加负反馈的办法，将过渡过程时间t s减小为原来的0.1倍，并保证总放大系数不变。

试确定参数K h 和K 0的数值。

解首先求出系统的传递函数φ（s ），并整理为标准式，然后与指标、参数的条件对照。

一阶系统的过渡过程时间t s 与其时间常数成正比。

根据要求，总传递函数应为)110/2.0(10)(+=s s φ即HH K s K s G K s G K s R s C 1012.010)(1)()()(00++=+= )()11012.0(101100s s K K K HHφ=+++=比较系数得⎪⎩⎪⎨⎧=+=+1010110101100H HK K K 解之得9.0=H K 、100=K解毕。

例3-10 某系统在输入信号r (t )=(1+t )1(t )作用下，测得输出响应为：t e t t c 109.0)9.0()(--+= （t ≥0）已知初始条件为零，试求系统的传递函数)(s φ。

解因为22111)(ss s s s R +=+=)10()1(10109.09.01)]([)(22++=+-+==s s s s s s t c L s C 故系统传递函数为11.01)()()(+==s s R s C s φ 解毕。

例3-3 设控制系统如图3-2所示。

试分析参数b 的取值对系统阶跃响应动态性能的影响。

解由图得闭环传递函数为1)()(++=s bK T Ks φ系统是一阶的。

动态性能指标为)(3)(2.2)(69.0bK T t bK T t bK T t s r d +=+=+= 因此，b 的取值大将会使阶跃响应的延迟时间、上升时间和调节时间都加长。

解毕。

例 3-12 设二阶控制系统的单位阶跃响应曲线如图3-34所示。

试确定系统的传递函数。

解首先明显看出，在单位阶跃作用下响应的稳态值为3，故此系统的增益不是1，而是3。

《自动控制原理》名词解释

1.控制概念（1）开环控制：开环控制是最简单的一种控制方式。

它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。

闭环控制：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制系统。

复合控制：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。

（2）反馈：指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。

（3）传递函数：在零初始条件下，系统输出信号的拉手变换与输出信号的拉氏变换的比。

（4）被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。

执行机构：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。

（5）线性化：a条件：连续且各阶导数存在 b方法：工作点附近泰勒级数展开。

2.时域指标（1）上升时间tr：响应从终值10%上升到终值90%所需时间；对有振荡系统亦可定义为响应从零第一次上升到终值所需时间。

上升时间是响应速度的度量。

峰值时间tp：响应超过其终值到达第一个峰值所需时间。

调节时间ts：响应到达并保持在终值内所需时间。

（2）超调量σ%：响应的最大偏离量h(tp)与终值h(∞)之差的百分比。

振荡次数：是在阶跃信号作用下，系统在达到指定deta范围下，系统所震荡的总次数。

（3）动态降落：系统稳定运行时，突然加一个扰动量N，在过度过程中引起输出量的最大降落值Cmax称为动态降落。

恢复时间：系统从波动回复到稳态时候所需要的时间。

（4）稳态误差：对单位负反馈系统，当时间t趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。

3.频域特性（1）频率特性：对于线性系统来说，当输入信号为正弦信号时，稳态时的输出信号是一个与输入信号同频率的正弦信号，不同的只是其幅值与相位，且幅值与相位随输入信号的频率不同而不同。

自动控制原理传递函数

自动控制原理传递函数
自动控制原理传递函数是描述控制系统输入输出关系的数学模型，通常以s域传递函数的形式表示。

在控制系统中，输入信
号经过传递函数的作用，产生输出信号。

传递函数是由系统的微分方程所得到的拉普拉斯变换得到的。

控制系统中的传递函数通常是指示系统的输入与输出之间的关系，称为开环传递函数。

在控制系统中，传递函数是通过将系统的微分方程进行拉普拉斯变换得到的。

传递函数可以用来分析系统的动态性能，并通过调整传递函数的参数来改善系统的稳定性、快速性和准确性。

传递函数通常用以下形式表示：
G(s) = Y(s) / U(s)
其中，G(s)是传递函数，Y(s)是输出信号的拉普拉斯变换，U(s)是输入信号的拉普拉斯变换。

传递函数描述了输入与输出信号之间的关系，以及系统对输入信号的响应速度和稳定性等性能。

控制系统设计中，可以根据给定的性能要求，选择合适的传递函数来实现所需的控制效果。

常见的传递函数包括比例传递函数、积分传递函数、微分传递函数以及它们的组合。

通过对传递函数进行数学分析和计算，可以得到系统的稳定性、频率响应、步跃响应等性能指标。

控制系统设计师可以根据这些指标来优化系统的性能，并进行参数调整和改进。

总之，传递函数是自动控制原理中非常重要的概念，它描述了控制系统输入与输出之间的关系。

通过分析和优化传递函数，可以实现控制系统的稳定性、准确性和快速性等性能要求。

自动控制原理习题

控制原理习题1、试求如下系统的传递函数 R(S)C(S)2、已知控制系统的开环传递函数为:G(S)H(S)＝1)+1)(2S +S(4S 1)+K(S （1）绘制系统的根轨迹草图(若有分离点可估计，不必求出)；（2）确定使系统闭环稳定时K 的取值范围。

3、具有扰动输入n(t)的控制系统如图所示,试求n(t)=1(t)（单位阶跃）时系统的稳态误差。

4、试求下图控制系统的阻尼比，并判断当T=2，K=6时，系统是否振荡。

其中，G(S)= 1+S 1, H(S)=1+TS K .5、已知某系统如下图所示，当τ取何值时系统才能稳定？（四题图）（一题图）（三题图）绘制系统稳定时开环频率特性的极坐标图（即幅相曲线）和Bode 图（即对数频率特性曲线）的幅频特性图（用渐近线表示）。

6、设系统如下图所示，试求闭环系统的脉冲传递函数。

7、设非线性系统的方程为x+ x+2.5x+x 2=0试确定系统奇点的位置和类型，大致画出奇点附近的相轨迹图。

8、设复合控制系统如图（1）所示，其中，K 1=2K 2=1，K 2K 3=1，T 2=0.25 ，要求：1）当r （t ）=1+t+21t 2 时，系统的稳态误差。

2）系统的单位阶跃响应表达式。

9、已知系统的开环传递函数为G(S)H(S)＝1)S(S 3)K(S -+ 1）画出系统开环幅相曲线（即极坐标图）的大致形状。

2）试用奈魁斯特稳定判据，分析K 值与系统稳定性的关系。

10、设控制系统如图（2）所示：（3）绘制系统的根轨迹图；（4）分析系统的稳定性；（五题图）（六题图）（图1）（图2）11、设校正装置的传递函数为G c (S)＝PS S ++Z 1）将其用作超前校正，z 及p 应怎样选取？分别画出其零、极点分布图和对数幅频特性、相频特性曲线。

最大超前角频率及最大超前角为何值？2）在用于串联校正时，为使最大超前相角发生在被校正系统希望的幅值穿越频率（即截止频率）ωc 上，G c (S)的零、极点z 及p 的位置如何选取？12、设非线性系统由下述方程描述：x+0.5x+2x+x 2=0试求系统的奇点，说明奇点的类型，大致绘出系统在奇点附近的相平面图。

自动控制原理

1.闭环控制系统的基本组成是什么？控制器、执行器、被控对象、反馈环节2.自动控制系统的分类是什么？开环控制、闭环控制、复合控制3.传递函数、系统动态结构图、信号流程图和脉冲响应函数;传递函数定义：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与系统输入量的拉普拉斯变换之比。

G(S)=C(S)/R(S)性质：（1）传递函数只适应于线性定常系统（2）传递函数只取决于系统的结构和参数，而与系统的输入、输出无关。

它表示系统的固有性质，是一种在复数域描述系统的数学模型（3）传递函数是在零初始条件下定义的，因而不能反映非零初始条件下系统的运动过程（4）传递函数是复变量S的有理分式，其分子分母的各项系数均为实数，传递函数分母中S的最高次n即为系统的阶次4.控制系统的时域分析法（一阶系统分析）5.控制系统的频率特性分析法（代数解析法和图形表示法）模电数电1.常用半导体器件及应用二极管：二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。

特性：单向导电性。

二极管的特性曲线与PN结一样，二极管具有单向导电性。

硅二极管典型伏安特性曲线（图）。

在二极管加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为二极管的开启电压；当电压达到约0.7V时，二极管处于完全导通状态，通常称此电压为二极管的导通电压，用符号UD表示。

对于锗二极管，开启电压为0.2V，导通电压UD约为0.3V。

类型二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。

根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。

晶闸管：晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

自动控制原理习题解答

第三章3－3 已知各系统的脉冲响应，试求系统的闭环传递函数()s Φ：()()1.25(1)()0.0125;(2)()510sin 445;(3)()0.11t t k t e k t t t k t e --==++=-解答：（1） []0.0125()() 1.25s L k t s Φ==+（2）[])222223222()()5sin 4cos 425452442142511616116s L k t L t t t s s s s s s s s ⎡⎤Φ==++⎢⎥⎣⎦⎫=++⎪++⎭⎛⎫+++ ⎪⎝⎭=⎛⎫+ ⎪⎝⎭（3）[]()111()()0.1110313s L k t s s s s ⎡⎤⎢⎥Φ==-=⎢⎥+⎢⎥+⎣⎦ 3-4 已知二阶系统的单位阶跃响应为)6.1sin(5.1210)(1.532.1︒-+-=t t h et试求系统的超调量σ%，峰值时间tp和调节时间ts.解答：因为0<ξ<1，所以系统是欠阻尼状态。

阻尼比ξ=cos(1.53︒)=，自然频率26.0/2.1==w n，阻尼振荡频率wd=6.16.01212=-⨯=-=ξw w n d 1．峰值时间tp的计算96.16.1===ππwt dp2．调节时间ts的计算9.226.05.35.3=⨯==w t ns ξ3．超调量σ%的计算%48.9%1006.0%100%221/6.01/=⨯=⨯=-⨯---eeππξξσ3-5设单位反馈系统的开环传递函数为)6.0(14.0)(++=s s s s G ，试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。

解答：方法一：根据比例-微分一节推导出的公式)135(6.014.0)12/()1()(+⨯⨯+=++=s s s s s s K s G w T n d ξ1)5.2(4.0114.0)6.0(14.01)6.0(14.0)2()(1)()(22222+++=+++=+++++=+++=+=s s s s s s s s s s s zs z S G s G s s s w w s w nn dn ξφ)1()](1[12)1sin(1)(222222ξξξξξξξπψξddnddndnn ddn tarctg z arctg z r t w r t h www w zw e n d -+--+-=-+-=ψ+-+=-把z=1/Td=,1=wn,5.0=ξd代入可得)3.8323sin(5.005.11)7.9623sin(5.005.11)( ---=--+=t e t t e t t h峰值时间的计算0472.1)1(2=-=ξξβdddarctg ，-1.6877=ψ158.312=--=ξβψdndpwt超调量得计算%65.21%10011%22=⨯--=-ξξξσddetrpd调节时间得计算29.6)ln(21ln )2ln(2131222=--+-+=-ww w z t ndn n d sd z ξξξ方法二：根据基本定义来求解闭环传递函数为114.0)6.0(14.01)6.0(14.0)(1)()(2+++=+++++=+=s s s s s s s s S G s G s s φ当输入为单位阶跃函数时 )232()21(21.0)232()21(2)21(116.01)1(14.0)(22++-++++-+=++--+=+++=s s s s s s s s s s s C s s 得单位阶跃响应)23sin(1.0)23cos(1)(2121t t t h e et --⨯--=)3.8423sin(121 +-=-t et )0(≥t 1．峰值时间tp的计算对h(t)求导并令其等于零得023)23cos()23sin(3.843.842121=⨯+-+︒-︒-t e t epp t t p p 3)23tan(3.84=+︒t p t p = 2. 超调量σ%的计算 %100)()()(%⨯∞∞-=h h h t p σ=%3. 调节时间ts得计算05.0)84.523sin(21≤-⨯-t est s5.33=t s3-6.已知控制系统的单位阶跃响应为6010()10.2 1.2t t h t e e --=+- ，试确定系统的阻尼比ζ和自然频率n ω。

自动控制原理课后答案第4章

5
的不同，系统的稳定性和动态性能不一定能同时得到满足。因此，只有当附加开环零点的位置选配得当，才有可能使系统的稳态性能和动态性能同时得到显著改善。 ② 增加开环极点增加开环极点后，系统阶次升高，渐近线数量增加，使得渐近线与实轴的夹角变小，从而导致根轨迹向右弯曲，致使系统不稳定成分增加。同时，实轴上的分离点也向右移动。系统响应减缓，过渡过程延长，调节时间增加，系统的稳定性降低。当增加的极点在[-1,0]范围内时，越靠近虚轴的极点，其产生的阶跃响应振荡越剧烈，稳定性越差；而当增加的极点在(-∞, -1)范围内时，越远离虚轴的极点，对根轨迹的影响越小，从而对系统的动态性能影响越小。
式中，A(s)为开环传递函数的分母多项式，B(s)为开环传递函数的分子多项式。则分离点或会合点坐标可用下式确定，即 A( s) B '( s ) A '( s ) B ( s ) 0 3）极值法
dK 0 ds
规则 7：根轨迹的出射角和入射角根轨迹的出射角是指根轨迹离开开环复数极点处的切线与实轴正方向的夹角，如图 4-2 中的角 p1 ；而根轨迹的入射角是指根轨迹进入开环复数零点处的切线与实轴正方向的夹角，如图 4-2 中的角 z1 。
n n
n l
m
s
l 1
n
(1) n pi (1) m K z j
i 1
n
j 1
( 1)
n
s
l 1
l
(1)
nLeabharlann pi 1i
K （系统无开环零点时）

5、根轨迹与系统性能之间的关系根轨迹可以直观地反映闭环系统特征根在[s]平面上的位置以及变化情况，所以利用根轨迹可以很容易了解系统的稳定性和动态性能。除此之外，由于根轨迹上的任意一点都有与之对应的开环增益值，而开环增益又与系统稳态误差有一一对应的关系，因此通过根轨迹也可以确定出系统的稳态误差，或者根据给定系统的稳态误差要求，来确定闭环极点位置的容许范围。由此可以看出，根轨迹与系统性能之间有着比较密切的联系。

自动控制原理(3-2)

arccos 1.09(rad )
1 0.7
d n 1 2 3.14(rad / s)
0.65( s ) d
td
n
3.5
0.37( s )
tr
ts
n
4.4
2.15( s ) 0.05
ts
n
2.70( s)
对上式取拉氏反变换，求得单位阶跃响应为：
h(t ) 1 e sin d t cos d t 2 1 1 1 e nt 1 2 cos d t sin d t 1 2
n t

1
1 1 2
e nt sin( d t ) , t 0
式中， arctan( 1 2 ) ，或者
arccos
欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应有两部分组成：
稳态分量为1，系统在单位阶跃函数作用下不存在
稳态位臵误差；
瞬态分量为阻尼正弦振荡项，其振荡频率为ωd，
故称为阻尼振荡频率。
t 0
系统的误差为：
e(t ) r (t ) c(t ) 2
n
2

n
1 2 e nt sin 1 2 n t 2arctg 1 2 1
1 2

e t T1 e t T2 h(t ) 1 , t0 T2 T1 1 T1 T2 1
4.无阻尼（ζ=0）二阶系统的单位阶跃响应
h(t ) 1 cos nt , t 0
可见，这是一条平均值为1的正、余弦形式的等幅振荡，其振荡频率为ωn，故可称为无阻尼振动频率。实际的控制系统通常都有一定的阻尼比，因此不可能通过实验方法测得ωn，而只能测得ωd，且小于ωn。

(完整版)自动控制原理重要公式

A.阶跃函数斜坡函数抛物线函数脉冲函数正弦函数B.典型环节的传递函数比例环节惯性环节(非周期环节) 积分环节微分环节二阶振荡环节(二阶惯性环节) 延迟环节 C.环节间的连接串联并联反馈开环传递函数=前向通道传递函数=负反馈闭环传递函数正反馈闭环传递函数D.梅逊增益公式E.劳斯判据劳斯表中第一列所有元素均大于零 s n a 0 a 2 a 4 a 6 …… s n-1 a 1 a 3 a 5 a 7 ……s n-2 b 1 b 2 b 3 b 4 …… s n-3c 1 c 2 c 3 c 4 …… … … …s 2 f 1 f 2s 1 g 1 s 0 h 1,,,,,,141713131512121311171603151402131201b b b a a c b b b a a c b b b a a c a a a a a b a a a a a b a a a a a b -=-=-=-=-=-=劳斯表中某一行的第一个元素为零而该行其它元素不为零，ε→0；劳斯表中某一行的元素全为零。

P(s)=2s 4+6s 2-8。

F.赫尔维茨判据特征方程式的所有系数均大于零。

⎩⎨⎧≥<=00)(t A t t r ⎩⎨⎧≥<=000)(t At t t r ⎪⎩⎪⎨⎧≥<=02100)(2t At t t r ⎪⎩⎪⎨⎧>≤≤<=εεt t z At t r 0000)(⎩⎨⎧≥<=0sin 00)(t t A t t r ωKs R s C s G ==)()()(1)()()(+==Ts K s R s C s G sT s R s C s G i 1)()()(==sT s R s C s G d ==)()()(2222)(n n ns s K s G ωζωω++=se s R s C s G τ-==)()()()()()( )()()()()()()()()(211121s G s G s G s X s C s X s X s R s X s R s C s G n n =⋅==-)()()( )()()()()()()(2121s G s G s G s R s C s C s C s R s C s G n n +++=+++== )()()()(s H s G s E s B =)()()(s G s E s C =)()(1)()()()(s H s G s G s R s C s +==Φ)()(1)()()()(s H s G s G s R s C s -==Φ∆∆=∑kk P TG.误差传递函数扰动信号的误差传递函数H.静态误差系数单位输入形式稳态误差e ss 0型 Ⅱ型 Ⅲ型阶跃1(t) 1/1+Kp 0 0 斜坡t ·1(t) ∞ 1/Kv 0 加速度0.5t 2·1﹙t ﹚∞ ∞ 1/Ka I.二阶系统的时域响应：其闭环传递函数为或系统的特征方程为2)(22=++=nn s s s D ωζω特征根为1,221`-±-=ζωζωn n s上升时间t r其中峰值时间t p最大超调量M p调整时间t sa.误差带范围为 ±5%b.误差带范围为± 2%振荡次数NJ.频率特性：还可表示为：G (jω)=p (ω)+jθ(ω) p (ω)——为G (jω)的实部，称为实频特性； θ(ω)——为G (jω)的虚部，称为虚频特性。