《自动控制原理》第6章 离散系统控制理论

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自动控制理论

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2019/12/16
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第一章第一章绪论绪论第二章第二章控制系统的数学模型控制系统的数学模型第三章第三章控制系统的时域分析控制系统的时域分析第四章第四章根轨迹法根轨迹法第五章第五章频率分析法频率分析法第六章第六章控制系统的综合校正控制系统的综合校正第七章第七章pidpid控制与鲁棒控制控制与鲁棒控制第八章第八章离散控制系统离散控制系统第九章第九章状态空间分析法状态空间分析法444电气与新能源学院首页上页下页201920192019121212303030教材及参考书1自动控制理论邹伯敏主编机械出版社2自动控制原理蒋大明著华南理工大学出版社1992年版5自动控制原理梅晓榕主编科学出版社6自动控制理论文锋编著中国电力出版社1998年版555电气与新能源学院首页上页下页201920192019121212303030考核方式
动 统和状态空间分析等。


具体来说,包括以下几个章节:

论 第一章 绪论
第二章 控制系统的数学模型
第三章 控制系统的时域分析
第四章 根轨迹法
第五章 频率分析法
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上页 第六章 控制系统的综合校正
下页 第七章 PID控制与鲁棒控制
末页
结束 第八章 离散控制系统
第九章 状态空间分析法
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自动控制原理离散系统知识点总结

自动控制原理离散系统知识点总结

自动控制原理离散系统知识点总结自动控制原理中的离散系统是指在时间域和数值范围上都是离散的系统。

在离散系统中,信号是以离散时间点的形式传递和处理的。

本文将对自动控制原理离散系统的知识点进行总结,包括离散系统的概念、离散信号与离散系统的数学表示、离散系统的稳定性分析与设计等。

一、离散系统的概念与特点离散系统是指系统输入、输出和状态在时间上都是以离散的方式存在的系统。

与连续系统相比,离散系统具有以下特点:1. 离散时间:离散系统的输入、输出和状态是在离散时间点上采样得到的,而不是连续的时间信号。

2. 离散数值:离散系统的输入、输出和状态都是以离散数值的形式存在的,而不是连续的模拟数值。

二、离散信号与离散系统的数学表示离散信号是指在离散时间点上采样得到的信号。

离散系统可以通过离散信号的输入与输出之间的关系进行描述。

常见的离散系统数学表示方法有差分方程和离散时间传递函数。

1. 差分方程表示:差分方程是通过离散时间点上的输入信号和输出信号之间的关系来描述离散系统的。

差分方程可以是线性的或非线性的,可以是时不变的或时变的。

2. 离散时间传递函数表示:离散时间传递函数描述了离散系统输入与输出之间的关系,类似于连续时间传递函数。

离散时间传递函数可以通过Z变换得到。

三、离散系统的稳定性分析与设计离散系统的稳定性是指系统的输出在有限时间内收敛到有限范围内,而不是无限增长或震荡。

离散系统的稳定性分析与设计是自动控制原理中的重要内容。

1. 稳定性分析:离散系统的稳定性可以通过判断系统的极点位置来进行分析。

若系统的所有极点都位于单位圆内,则系统是稳定的;若存在至少一个极点位于单位圆外,则系统是不稳定的。

2. 稳定性设计:若离散系统不稳定,可以通过调整系统的参数或设计控制器来实现稳定性。

常见的稳定性设计方法包括PID控制器调整、根轨迹设计等。

四、离散系统的性能指标与优化离散系统的性能指标与优化是指通过调整控制器参数或控制策略,使离散系统的性能得到优化。

《自动控制原理》名词解释

《自动控制原理》名词解释

1、自动控制: 指在无人直接参与的情况下,通过控制器使被控制对象或过程自动地按照预定的要求运行。

2、人工控制:在人直接参与的情况下,利用控制装置使被控制对象和过程按预定规律变化的过程,(1)线性系统:用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。

(2)非线性系统:用非线性微分方程或差分方程描述的系统。

(1)连续系统:当系统中各元件的输入量和输出量均是连续量或模拟量时,就称此类系统是连续系统(2)离散系统:当系统中某处或多处信号是脉冲序列或数字形式时,就称这类系统是离散系统。

(1)恒值控制系统:控制系统在运行中被控量的给定值保持不变(2)随动控制系统:控制系统被控量的值不是预先设定的,而是受外来的某些随机因素影响而变化,其变化规律是未知的时间函数(3)程序控制系统:控制系统被控量的给定值是预定的时间函数,并要求被控量随之变化。

(三)按控制方式分:开环控制、反馈控制、复合控制(四)按元件类型:机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统(五)按系统共用:温度控制、压力控制、位置控制1)输入量(激励)作用于一个元件、装置或系统输入端的量,可以是电量,也可以是非电量,一般是时间的函数(确定函数或随机函数),如给定电压。

2)输出量(响应)指确定被控对象运动状态的量,它是输出端出现的量,可以是电量或非电量,它是系统初始状态和输入量的函数。

3)被控制量制被控对象所要求自动控制的量。

它通常是决定被控对象工作状态的重要变量。

当被控对象只要求实现自动调节,即要求某些参数保持给定数值或按一定规律变化时,被控制量就是被调节量(被调量)。

4)控制量(控制作用)指控制器的输出量。

当把控制器看成调节器时,控制量即调节量(调节作用)。

5)反馈把系统的输出送回到输入,以增强或减弱输入信号的效应称为反馈。

使输入信号增强者为正反馈,使输入信号减弱者称为负反馈。

反馈信号与系统输出量成比例者称为硬反馈或刚性反馈(比例反馈),反馈信号为输出量的导数者称为软反馈或柔性反馈。

自动控制原理第6章 离散系统控制理论

自动控制原理第6章 离散系统控制理论

F(z)

f (kT )z k

e akT z k


(e aT z) k
k 0
k 0
k 0
Z[e at ]
1
z
1 (e aT z) 1 z e aT
《自动控制原理》国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所 19
f (k) ak , k 0



F (z) f (kT )zk ak zk (a1z)k
k 0
k 0
k 0
Z[ak ] 1 z 1 az 1 z a
f (kT) sin kT
k 0,1,2,


F (z) f (kT )z k sin kTz k
k m
i0
1

zm f (kT )zk zm f (iT )zi
k m
i0
1
z m [ f (kT )z k F (z)] k m
Z[ f (t mT)] z m F(z)
《自动控制原理》国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所 22
Z[ f (t mT )] zmF (z) f (t) 0,t 0
《自动控制原理》国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所 21
滞后定理的证明
Z[ f (t mT)] f (kT mT)z k
k 0
1


f (kT )zkm f (iT )zim
0T
《自动控制原理》国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所 5
第6章 离散系统控制理论
6.1 信号的采样与保持
6.2 差分方程 6.3 Z 变换 6.4 Z传递函数 6.5 稳定性分析 6.6 暂态性能分析 6.7 稳态误差分析 6.8 数字PID控制 6.9 MATLAB在离散系统分析中的应用

6_离散控制系统(2)

6_离散控制系统(2)
19
Z变换
解: E * ( s ) = ∑ e( kT )e − kTs = 1 + e −Ts + e − 2Ts +
k =0 ∞
E * ( s ) = ∑ e( kT )e − kTs
k =0

例1:设e(t)=1(t),试求e*(t)的拉氏变换。
= 1 , − Ts 1− e e −Ts < 1
给定值 + 反 馈 信 号
扰动
-
A/D
数字 计算机 控制器
D/A
执行 元件
对象
测量元件
2
线性定常连续控制系统:微分方程、传递函数; r(t) e(t)
控制器
u(t)
执行元件 被控对象
c(t)
b(t)
检测元件
采样控制系统:差分方程、脉冲传递函数; 连续 信号
r(t) b(t) 测量元件
3
离散 信号
采样开关 e*(t)
k =0
∞ k =0
20

x*(t)的z变换记为Z[x*(t)], Z (x* ( t )) = X ( z ) = ∑ x( kT ) z − k
Z变换
1、定义法(级数求和法)
知道连续函数x(t)在各采样时刻的离散值x*(t),按定义求。 例2:求 x1 ( t ) = u( t ) 和 x 2 ( t ) = ∑ δ ( t − kT ) 的z变换表达式。 解: X ( z ) = x ( kT ) z − k = 1 + z −1 + z − 2 + ∑ 1
零阶保持器的频率特征
eh ( s ) 1 − e − Ts = = Gh ( s ) * e ( s) s

《自动控制原理》

《自动控制原理》

《自动控制原理》教学大纲一、课程基本信息:1、课程英文名称:Principles of Automatic Control2、课程类别:技术基础课程3、课程学时:总学时64,实验学时84、学分:45、先修课程:《电路原理》、《信号与系统》、《复变函数与积分变换》等6、适用专业:测控技术与仪器7、大纲执笔:自动化教研室罗敏8、大纲审批:电子信息工程学院学术委员会9、制定(修订)时间:2007年10月二、课程的目的与任务:随着生产和科学技术的发展,自动控制技术在国民经济和国防建设中所起的作用越来越大。

自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化,极大的提高了劳动生产率和产品质量,改善了劳动条件,并且在人类探索新能源,发展空间技术和改善人民物质生活都起着极为重要的作用。

自动控制原理是电子信息类专业的技术基础课(专业基础平台课),是必修课,是以原理为主的理论性课程;主要讲述自动控制原理与控制系统设计、实验等内容。

根据自动控制技术发展的不同阶段,自动控制原来可分为古典控制理论和现代控制理论两大部分。

本课程主要介绍古典控制理论,其主要内容是以传递函数为基础,研究单输入单输出自动控制系统的分析和设计问题。

这些理论研究较早,现在已经比较成熟,并且在工程实践中得到了广泛的应用。

主要目的是培养学生掌握经典控制论中线性定常连续、单输入单输出闭环控制系统的工作原理、分析和综合,掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律,使其具有分析和设计自动控制系统的初步能力,使学生对系统的认识上升到更高的层次。

三、课程的基本要求:本课程是电子信息类专业重要的技术基础课。

要求在理解有关自动控制系统的基本概念、建立控制系统数学模型的基础上,掌握并灵活运用时域法、根轨迹法和频率法进行系统分析的思路和方法,基本明确三种方法各自的特点及其内在联系。

基本掌握运用频率法进行串联校正设计的能力。

通过对离散系统的学习,掌握离散控制系统的特点,理解脉冲传递函数和系统稳定性分析等知识。

《自动控制原理》 线性离散系统的可控性和可观测性

《自动控制原理》 线性离散系统的可控性和可观测性

于n个采样周期。
例9-19 设单输入线性定常离散系统状态方程为
1 0 0
1
x(k
+ 1)
=
0
2 − 2 x(k) + 0u(k)
−1 1 0
1
试判断其可控性;若初始状态 x(0) = 2 1 0T ,确定使 x(3) = 0 的控
制序列 u(0),u(1),u(2); 研究使 x(2) = 0 的可能性。
3)如果离散时间系统(9-135)或(9-136)是相应连续时间
系统的时间离散化模型,则其可控性和可达性是等价的。
上述等价条件的简单证明可参阅有关参考文献,此处不在详述。
(3)线性定常离散系统的可控性判据
设单输入线性定常离散系统的状态方程为
x(k +1) = Gx(k) + hu(k)
(9-137)
系统在时刻 l 是完全可观测的.
(2)线性定常离散系统的可观测性判据
设线性定常离散系统的动态方程为
x(k +1) = Gx(k) + Hu(k), y(k) = Cx(k) + Du(k) (9-153)
其中 x(k) 为n维状态向量, y(k)为q维输出向量,其解为
k −1
x(k) = G k x(0) + G k−1−i Hu(i) i=0
由 x(1) = Gx(0) + Hu(0) = 0 可得
0 − 2 1 0 0
−1 2
x(0) = −G −1Hu(0) = −0 1
−1 2 3
0 0 − 21
1 0
u1 u2
(0) (0)
=
0 2
1 u1(0) −23u2 (0)

《自动控制原理》离散系统的数学模型

《自动控制原理》离散系统的数学模型

K (t) L1[G(s)]
(7-55)
再将 K (t) 按采样周期离散化,得加权序列 K (nT ) ;最后将 K (nT ) 进
行 z 变换,按式(7-53)求出 G(z) 。这一过程比较复杂。其实,如果把 z 变
换表 7—2 中的时间函数 e(t) 看成 K (t) ,那么表中的 E(s) 就是 G(s) (见式 (7-55),而 E(z) 则相当于 G(z) 。因此,根据 z 变换表 7—2,可以直接从 G(s) 得到 G(z) ,而不必逐步推导。
本章所研究的离散系统为线性定常离散系统。 注意 zx:离散系统有本质连续和本质离散两种情况
本质连续的离散系统:如液位 炉温采样控制系统中的被控对象 本质离散的离散系统:如计算机。系统直接进行离散计算 问题:如何建立离散系统的数学模型? c(n) F[r(n)] F 的具体形式? 分析:本质连续的离散系统的方框图, 能否 G(s)?G(z)=?
众所周知,利用传递函数研究线性连续系统的特性,有公认的方便 之处。对于线性连续系统,传递函数定义为在零初始条件下,输出量的 拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。对于线性离散系统,定义类似。
设开环离散系统如图 7-22 所示,如果系统的初始条件为零,输入信号
为 r(t) ,采样后 r*(t) 的 z 变换函数为 R(z) ,系统连续部分的输出为 c(t) ,
微分方程的经典解法类似,差分方程的经典解法[EX]*也要求出齐次方程 的通解和非齐次方程的一个特解,非常不便。这里仅介绍工程上常用的 后两种解法。
(1)迭代法 又称递推法 若已知差分方程(7-49)或(7-50),并且给定输入序列和输出序列的初 值,则可以利用递推关系可以一步一步地算出输出序列。 例 7-14 已知差分方程

《自动控制原理》课件

《自动控制原理》课件

集成化:智能控制技术将更加集 成化,能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化:智能控制技术将更加网 络化,能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化:智能控制技术将更加绿 色化,能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制:通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法:通过建立状态空间模型,进行系统分析和设计 频率响应法:通过分析系统的频率响应特性,进行系统分析和设计 极点配置法:通过配置系统的极点,进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法:通过求解线性矩阵不等式,进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念:最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤:建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略:线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域:航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性:系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性:系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性:系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性:系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性:系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性:系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制:利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势:网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域:工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化:将复杂的控制系统分解为多个模块,每个模块负责特定的功能,便于设计和维护 集成化:将多个模块集成为一个整体,提高系统的性能和可靠性 发展趋势:模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域:广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域

《自动控制原理》离散系统的动态性能分析

《自动控制原理》离散系统的动态性能分析

7-6 离散系统的动态性能分析线性定常离散系统的动态性能分析方法:时域法 ,根轨迹法, 频域法本节主要内容(1)在时域中求取离散系统的时间响应,指出采样器和保持器对系统动态性能的影响。

(2)在z平面上离散系统闭环极点与其动态性能之间的关系。

(3)离散系统的根轨迹分析(讲义没有,增加的)一.离散系统的时间响应及性能指标● 分析系统动态性能时,通常假定外作用输入为单位阶跃函数)(1t 。

● 如果可以求出离散系统的闭环脉冲传递函数由)(/)()(z R z C z =φ, 输入为单位阶跃函数)1/()(-=z z z R ,则系统输出的z 变换函数)(1)(z z z z C φ-= ● 通过z 反变换,可以求出输出信号的脉冲序列)(*t c。

● )(*t c 代表线性定常离散系统在单位阶跃输入作用下的响应过程。

● 离散系统时域指标的定义与连续系统相同。

● 根据单位阶跃响应)(*t c 可以方便地分析离散系统的动态性能。

例7-28 设有零阶保持器的离散系统如图7-41所示,其中)(1)(t t r =,s T 1=,1=K 。

试分析该系统的动态性能。

(注Word 与PPT 中编号不同) 解 先求开环脉冲传递函数)(z G 。

因为)1()1(1)(2s e s s s G --+= 对上式z 变换,可得 ])1(1[)1()(21+-=-s s Z z Z G查z 变换表,求出 )368.0)(1(264.0368.0)(--+=z z z Z G 再求闭环脉冲传递函数632.0264.0368.0)(1)()(2+-+=+=z z z z G z G z φ 单位阶跃输入时:321632.0632.121264.0368.0)()()(----+-+==zz z z z R z z C φ 展开得:+++++++++=---------887654321868.0868.0802.0895.0147.14.14.1368.0)(z z z z zz z z z z C 由上式求得系统在单位阶跃作用下的输出序列)(nT c 为:单位阶跃响应曲线:根据,...)2,1,0)((=n nT c 数值,绘图所示。

2020年智慧树知道网课《自动控制原理》课后习题章节测试满分答案

2020年智慧树知道网课《自动控制原理》课后习题章节测试满分答案

绪论单元测试1【判断题】(100分)自动控制理论经历了经典控制理论、现代控制理论和近代控制理论三个发展阶段。

A.错B.对第一章测试1【单选题】(10分)下列系统中属于开环控制的为()。

A.家用空调器B.普通车床C.无人驾驶车D.自动跟踪雷达2【单选题】(10分)下列系统属于闭环控制系统的为()。

A.家用电冰箱B.传统交通红绿灯控制C.自动流水线D.普通车床3【单选题】(10分)下列系统属于定值控制系统的为()。

A.自动跟踪雷达B.自动化流水线C.家用空调D.家用微波炉4【单选题】(10分)下列系统属于随动控制系统的为()。

A.火炮自动跟踪系统B.家用空调器C.自动化流水线D.家用电冰箱5【单选题】(10分)下列系统属于程序控制系统的为()。

A.传统交通红绿灯控制B.火炮自动跟踪系统C.家用空调器D.普通车床6【单选题】(10分)()为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。

A.连续控制系统B.离散控制系统C.线性控制系统D.随动控制系统7【单选题】(10分)下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是()。

A.准确性B.快速性C.稳定性D.复现性8【单选题】(10分)下列不是自动控制系统基本方式的是()。

A.开环控制B.复合控制C.闭环控制D.前馈控制9【单选题】(10分)下列不是自动控制系统的基本组成环节的是()。

A.测量变送器B.控制器C.被控变量D.被控对象10【单选题】(10分)自动控制系统不稳定的过度过程是()。

A.发散振荡过程B.其余选择都不是C.单调过程D.衰减振荡过程第二章测试1【单选题】(10分)自动控制系统的数学模型为()。

A.热学方程B.梅森公式C.微分方程、传递函数、动态结构框图、信号流图D.状态方程、差分方程2【单选题】(10分)以下关于传递函数的描述,的是()。

A.传递函数取决于系统和元件的结构和参数,并与外作用及初始条件有关B.传递函数是一种动态数学模型C.传递函数是复变量的有理真分式函数D.一定的传递函数有一定的零极点分布图与之相对应3【单选题】(10分)系统的传递函数是由系统的()决定的。

考研《自动控制原理(II)》专业学位 考试大纲

考研《自动控制原理(II)》专业学位 考试大纲
二、考试要求(包括考试时间、总分、考试方式、题型、分总分:150分
考试方式:闭卷
题型、分数比例:简述题(约20%)、计算题(约80%)
三、主要参考书目
《自动控制原理》(第二版),王万良编著,高等教育出版社,2014
稳定性分析;暂态性能分析;稳态性能分析
4频率法
频率特性;典型环节频率特性的伯德图;控制系统开环频率特性的伯德图;由伯德图确定系统的频率特性;奈奎斯特稳定判据;控制系统相对稳定性分析
5离散系统控制理论
信号的采样与保持;差分方程;Z变换;Z传递函数;线性离散系统的稳定性分析;线性离散系统的暂态性能分析;线性离散系统的稳态误差分析
硕士研究生入学考试自命题科目考试大纲
科目代码、名称:
957自动控制原理(II)
专业类别:
□学术型√专业学位
适用专业:
085211计算机技术
一、基本内容
1自动控制的基本概念
自动控制系统;自动控制系统的类型;对控制系统性能的基本要求
2连续系统的数学模型
系统数学模型的概念;微分方程描述;传递函数;结构图
3时域分析法

自动控制原理第6章

自动控制原理第6章

二、带宽的确定
Mr
( j 0) 0.707Φ( j 0)
( j )
b的选择要兼顾跟 踪输入信号的能力 和抗干扰的能力。 若输入信号的带宽 为 0~ M,扰动信 号带宽为 1~ 2, 则b=(5~10) M, 且使 1~ 2 置于b 之外。
0
r b
输入信号

R( jw)


结束
6-2 PID控制器及其控制规律
• 注明:讲课顺序调整,本节内容在教材 P246~ P248和P254~P257
比例-积分-微分(PID)控制器 是串联校正 中常用的有源校正装置。 PID (Proportional Integral Derivative)是实 际工业控制过程中应用最广泛、最成功的一种控 制规律。 PID :对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运 算变换后形成的一种控制规律。
系统的闭环零点改变 系统的闭环极点未改变 增加系统抑制干扰的能力 稳定性未受影响
u0
+
ug
+
△u 电压

+
u1 功率

+
+ ua
R
n
SM 负 载
放大
放大
电压 放大

i
+
un
TG
图1-8 电动机速度复合控制系统
说明:

串联校正和反馈校正都属于主反馈回路之内的校
正。 前馈补偿和扰动补偿则属于主反馈回路之外的校 正。 对系统校正可采取以上几种方式中任何一种,也 可采用某几种方式的组合。
给定 元件
比较 元件
-
串联 校正元件
-
放大 元件
执行 元件

离散控制系统的基本概念

离散控制系统的基本概念

自动控制原理
注:在理想采样及忽略量化误差情况下,数字控制系统近似于采样控制 系统,将它们统称为离散系统。 这使得采样控制系统与数字控制系统的分析与校正在理论上统一。
1.1 采样控制系统
一般来说,采样控制系统是对传感器所采集的连续信号在某些规定的时间 上取值,然后通过对这些值的比较、计算和输出,来达到控制目标的系统。 采样控制系统结构构成:主要由采样器、为连续信号的过程称为信号复现。实
现复现过程的装置称为保持器。
最简单的保持器是零阶保持器,它将脉冲序列 e(t) 复现为阶梯信号 eh (t) 如图1-3所示。
图1-3 信号复现过程
1.2 数字控制系统
数字控制系统是一种以数字计算机为控制器去控制具有连续工作状态的 被控对象的闭环控制系统。其原理方框图如图1-4所示。
图1-4 数字控制系统方框图
过程分析:A/D转换器将连续信号转换成数字序列,经数字控制器处理后生 成离散控制信号,再通过D/A转换器转换成连续控制信号作用于 被控对象。
1.A/D转换器
A/D转换器是把连续的模拟信号转换为离散数字信号的装置。A/D转换包括 采样过程和量化过程。
采样过程 是每隔 T秒对连续信号 e(t) 进行一次采样,得到采样信号e(t)。
自动控制原理
离散控制系统的基本概念
1.连续系统:如果控制系统中的所有信号都是时间变量的连续函数,也就 是说,这些信号在全部时间上都是已知的,则这样的系统称为 连续时间系统,简称连续系统。
2.离散系统:如果控制系统中有一处或几处信号是脉冲序列或数码,则这样 的系统称为离散时间系统,简称离散系统。
➢ 包括 采样控制系统:系统中的离散信号是脉冲序列形式的离散系统, 称为采样控制系统或脉冲控制系统。 ➢ 数字控制系统:把数字序列形式的离散系统,称为数字控制系 统或计算机控制系统。

自动控制原理

自动控制原理

目录分析
1.1自动控制原理概 述
1.2基本控制方式
1.3自动控制系统的 分类
1.4自动控制系统的 性能要求
本章小结
习题1
2.2拉普拉斯变换
2.1控制系统的时 域数学模型
2.3控制系统的复 数域数学模型
2.4框图及其等效变 换
2.5 MATLAB在控制 系统建模中的应用
本章小结 习题2
3.2控制系统的时 域分析法
自动控制原理
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
关键字分析思维导图
专业
时域
控制
概念
分析
系统
数学
自动控 制
系统
工程
控制
模型
原理
小结
轨迹
习题
函数
第章

内容摘要
《自动控制原理》系统地介绍了经典控制理论的基本内容,着重于基于概念、基本原理和基本方法的阐述。 全书共8章,内容包括绪论、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、根轨迹法、控制系统的频域分析、线性 控制系统的校正与综合、离散控制系统以及非线性系统分析。为了帮助读者深入理解经典控制理论的重要概念和 分析方法,每章都精选了一定数量的例题;通过应用实例的讲解使得读者容易掌握MATLAB在控制系统实践中的应 用。《自动控制原理》可作为普通高等院校自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程、电子科学 与技术、物联工程、能源与动力工程、机械设计制造及其自动化等相关专业的本科生教材,也可供高职高专院校 的相关专业选用,同时适合从事自动控制类的各专业工程技术人员自学和参考。

自动控制系统的工作原理

自动控制系统的工作原理

自动控制的定义:是指在没有人直接参与的情况下,利用控 制装置(控制器),使机器、设备或生产过程(被控对象) 的某一工作状态或参数(被控量)自动按照预定的规律运行。
◆ 被控对象:控制系统要进行控制的受控客体 ◆ 被控量:控制对象要实现的物理量 如冰箱温度、电机的转速、飞机姿态 角、船的航 迹 、电网的电压 、生产过程中的压力、流量 、温度 、 湿度等。
闭环控制系统框图
干扰量
输入量 输出量 被控量
控制器
控制对象
反馈回路
测量元件
21
给定装置
- +
Hale Waihona Puke 给定电压放大器 电机M
减速器
e
- +
热电偶 电阻丝
热电偶 输出电压
调压器 220~
给定电压
e
-
放 大 器
电 动 机
减 速 器
调 压 器
恒 温 炉
期望炉温
热电偶
22
工作原理:
当炉内实际温度与给定电位计表征的希望高度 一致时,热电偶输出电压与给定电压相等,电 动机不转动,系统相对平衡。当炉温因扰动出 现偏差时(如炉温低于希望值),偏差电压经 放大后驱动电动机转动,将调压器电刷向上移 动,使电阻丝两端电压增大,从而使炉温升高, 趋于希望值。
9
1.2 自动控制系统的工作原理
系统:为了达到某一目的,由一些对象相互作用,相互制
约,组成一个具有一 定运动规律的整体。 控制系统:指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系 统,由被控对象和控制器构成的整体。 自动控制系统的性能,在很大程度上取决于系统中的控制器 为了产生控制作用而必须接收的信息,这个信息有两个可能 的来源: 1)来自系统外部,即由系统输入端输入的参考输入信号。 2)来自被控对象的输出端,即反映被控对象的行为或状态 的信息。

2020年《自动控制原理》随堂作业

2020年《自动控制原理》随堂作业

自动控制原理第二章控制系统的教学模型D.非线性系统参考答案:A5.(单选题)参考答案:A6.(单选题)参考答案:D7.(单选题)参考答案:A8.(单选题)参考答案:B9.(单选题) 结构图的四要素不包括下列哪项()。

A.函数方块B.分支点C.综合点D.支路参考答案:D10.(单选题)参考答案:C11.(单选题) 在信号流图中,只有()不用节点表示。

A.输入B.输出C.比较点D.方块图单元参考答案:D12.(单选题) 梅逊公式主要用来()。

A.判断稳定性B.计算输入误差C.求系统的传递函数D.求系统的根轨迹参考答案:C13.(判断题) 在初始条件为零条件下,系统输出量与输入量的拉式变换式之比,称为系统的传递函数。

参考答案:对14.(判断题) 在信号流图中,在支路上标明的是传递函数。

参考答案:对15.(判断题) 微分环节的传递函数只有零点而无极点,可以预示输入信号的变化趋势。

参考答案:对第三章自动控制系统的时域分析1.(单选题) 1.描述系统静态性能的指标有()A.延迟时间td B.调节时间ts C.最大超调量 D.稳态误差ess参考答案:D2.(单选题) 2、如果系统动态性能指标只有调节时间存在,那么其TS=()时,误差范围为2%。

A TB 2TC 3TD 4T参考答案:D3.(单选题) 3、关于控制系统系统的性能指标,以下不属于时域指标的是()。

A.调节时间B.超调量C.静态误差D.中频宽度参考答案:D4.(单选题) 4.某二阶系统特征方程的根为,则其工作在()。

A 无阻尼B 欠阻尼C 临界阻尼D 过阻尼参考答案:A5.(单选题) 5. 已知二阶系统的传递函数是,则该系统属于( )。

A.无阻尼系统B.欠阻尼系统C.临界阻尼系统D.过阻尼系统参考答案:B6.(单选题) 6.右图各曲线对应二阶系统不同阻尼情况下单位阶跃响应曲线,下面结论正确的是()。

A.曲线1为临界阻尼二阶系统的单位阶跃响应B.曲线2为临界阻尼二阶系统的单位阶跃响应C.曲线3为过阻尼二阶系统的单位阶跃响应D.曲线2为过阻尼二阶系统的单位阶跃响应参考答案:B7.(单选题) 7.已知系统的开环传递函数为,则其型别为()。

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f (k) 1, k 0
F (z) f (kT )z k f (0) f (T )z 1 f (2T )z 2 f (kT )z k
k 0
1 z 1 z 2
Z[1(t)] 1 z 1 z 1 z 1
Hale Waihona Puke ,f (kT ) eakT k 0,1,2,
F * (
j )
1 T
F(
j
F * ( j ) 1
F ( j
j2 s
)
1
T
F
k
(
j
T
j s )
jk s )
1 F ( j)
T
1 T
F(
j
j s
)
10
从采样信号中不失真地恢复出原来的连续信号
理想情况
11
2. 保持器
fh (t) f (kT )1(t kT ) 1(t kT T ) k 0
fh (t)
Fh (s) f (kT ){L1(t kT ) 1(t kT T )} k 0
k 0
f
(kT
)
1 s
e
kTs
1 s
e
(k
1)Ts
f (kT )e kTs 1 e Ts
k 0
s
零阶保持器的传递函数为
1 eTs
f (kT )e kTs
s
k 0
1 eTs F *(s) s
Goh (s)
Fh (s) F * (s)
1 e Ts s
12
第6章 离散系统控制理论
6.1 信号的采样与保持 6.2 差分方程 6.3 Z 变换 6.4 Z传递函数 6.5 稳定性分析 6.6 暂态性能分析 6.7 稳态误差分析 6.8 数字PID控制 6.9 MATLAB在离散系统分析中的应用
u(k) k2 k0 0 k0
y(k) 2y(k 1) k 2 (k 1)2 2k 1
y(k) 2y(k 1) 2k 1
y(1) 2y(0) 211 1 y(2) 2y(1) 2 2 1 5
y(3) 2y(2) 2 3 1 5
y(4) 2y(3) 2 4 1 17
f (t) f (k T)
f (t) 以 及 采 样 过 程
T
f * t f (kT ) (t kT ) k 0
F * (s) f (kT )e kTs k 0
7
f * t f (kT ) (t kT ) k 0
f * t f (t) (t kT ) k 0
f * (t) f (t)T (t)
1、采样过程
f (kT)
f (t) f (k T)
f (t) 以 及 采 样 过 程
T
6
2、采样信号的数学表述
f * t f (kT ) (t kT ) k 0 f * t f (t) (t kT ) k 0
f * (t) f (t)T (t)
t (t kT ) T k 0
y(0) 1
…...
15
第6章 离散系统控制理论
6.1 信号的采样与保持 6.2 差分方程 6.3 Z 变换 6.4 Z传递函数 6.5 稳定性分析 6.6 暂态性能分析 6.7 稳态误差分析 6.8 数字PID控制 6.9 MATLAB在离散系统分析中的应用
16
6.3.1 Z变换的定义
离散序列{f(k)},k=0,1,2, …的Z变换
t (t kT ) T
k 0
t T
ck e jkst
k
T
ck
1 T
2 T
T
(t)e
jkst dt
2
T
1 T
2 T
(t )e
jkst
dt
1 T
2
t 1e jkst
T
k T
f (t) f (k T)
f (t) 以 及 采 样 过 程
T
f * (t) f (t)T (t)
1
第6章 离散系统控制理论
校正方法(控制器设计方法)
滞后-超前、PID、LQ最优等
系统
(机械, 电气, 过程等)
建模方法 机理或实验
数学模型
(Tf, Ss, Zpk)
性能分析
若性能
稳定性、 动态性能、
不满足要求
对系统进行校正
鲁棒性等
2
第6章 离散系统控制理论
6.1 信号的采样与保持 6.2 差分方程 6.3 Z 变换 6.4 Z传递函数 6.5 稳定性分析 6.6 暂态性能分析 6.7 稳态误差分析 6.8 数字PID控制 6.9 MATLAB在离散系统分析中的应用
第6章 离散系统控制理论
导读
为什么要介绍本章?
计算机控制系统的广泛应用,使离散系统控制理论具有了越 来越重要的地位。由于离散系统中存在采样、保持、数字处理 等过程,所以它具有一些独特的性能。
本章主要讲什么内容?
本章介绍离散系统控制理论。首先讨论采样与保持的数学描 述,介绍差分方程及其求解、Z变换等数学基础知识,然后介 绍Z传递函数、离散系统结构图等离散系统的数学模型。在此 基础上,着重介绍离散系统的稳定性和暂态性能、稳态性能分 析方法,最后介绍离散系统的数字设计方法。
Z{ f (k)} F (z) f (k)z k k 0
f *(t) f (kT ) (t kT )
F(z) F * (s) | 1
S ln z T
n0
F *(s) f (kT )ekTs k 0
17
典型信号的Z变换
1 k 0 f (k) 0 k 1
F(z) 1 0 z 1 0 z 2 1
13
差分方程的概念
y(k) 7y(k 1) 16y(k 2) 12y(k 3) x(k)
3k 2 y(k 2) 2 y(k) x(k) k 1
3y(k 2) 2y(k 1)y(k) x(k)
y(k 3) y2 (k) x(k)
14
差分方程的递推解法
y(k) 2y(k 1) u(k) u(k 1)
f * (t) f (t)
1 e jkst 1
f (t)e jkst
k T
T k
F * (s) 1
L f (t)e jkst
T k
F * (s)
1 T
F(s
k
jk s
)
8
6.1.2 采样信号的保持
零阶保持器
f (kT)
f (kT)
9
1、采样定理
采样信号的频谱,及与连续信号频谱的关系
3
计算机控制系统
e(kT )
e* (t)
0T
4
第6章 离散系统控制理论
6.1 信号的采样与保持
6.2 差分方程 6.3 Z 变换 6.4 Z传递函数 6.5 稳定性分析 6.6 暂态性能分析 6.7 稳态误差分析 6.8 数字PID控制 6.9 MATLAB在离散系统分析中的应用
5
6.1.1 信号的采样
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