华电课讲义件自控
华电自动控制原理15真题解析
一：关于液位控制的，有浮子，阀门，电动机，减速器，让画出结构图，再分析是什么类型的系统。
貌似经常见得题目。
知识点：系统建模，自动控制系统的概念及其基本要求，负反馈原理，系统分类1. 对自控系统的要求对自控系统的要求用语言叙述就是两句话： 要求输出等于给定输入所要求的期望输出值； 要求输出尽量不受扰动的影响。
恒量一个系统是否完成上述任务，把要求转化成三大性能指标来评价： 稳定——系统的工作基础；快速、平稳——动态过程时间要短，振荡要轻。
准确——稳定精度要高，误差要小。
2、自动控制系统的概念及其基本要求自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。
自动控制系统 指被控对象和控制装置的总体。
这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。
共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。
自动控制系统⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧校正元件执行元件放大元件比较元件测量元件给定元件控制装置（控制器）被控对象 3、负反馈原理 把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。
实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。
实现自动控制的主要原则有三：主反馈原则——按被控量偏差实行控制。
补偿原则——按给定或扰动实行硬调或补偿控制。
复合控制原则——闭环为主开环为辅的组合控制。
4、重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。
线性系统−−→−描述⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧−−→−⎩⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧−−→−⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧状态空间法时域法状态方程变系数微分方程时变状态方程频率法根轨迹法时域法状态方程频率特性传递函数常系数微分方程定常分析法分析法非线性系统⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧−−→−−−→−−−→−⎩⎨⎧−−→−状态空间法相平面法描述函数法本质线性化法非本质状态方程非线性微分方程分析法分析法分类描述仿真题：图为液位控制系统的示意图，试说明其工作原理并绘制系统的方框图。
华北电力大学于希宁教授自动控制理论课件第五章
一、开环幅相频率特性曲线的绘制
1、最小相位系统绘制规则 2、应用举例 3、特殊点计算 4、非最小相位系统绘制举例
1、最小相位系统的Nyquist绘制规则
曲线的起端形式由开环传递函数的积分环节的个 数确定（型别）
无积分环节v=0时，起于实轴k处； 有积分环节v=1、v=2、v=3时，起于-90°、-180°、 -270°的∞远处。
关注典型环节特征： Nyquist曲线所在象限； Bode曲线相频和幅频渐近线的绘制及对应关系； 不稳定环节特征（两种曲线联系分析）。
比例、积分、微分环节的Nyquist曲线和Bode曲线
ω=yquist曲线
ω
20lgk
20 -1 0 -20 0.1 0 1
1/s
ω
2、最小相位系统Nyquist曲线绘制举例
1) k(τ s 1) k (k 1,T ); 起 点 （ 0， k） ； 终 点 （0 ） ； 第 四 象 限 。 ， (Ts 1) T k 2) ; 起 点 （ 90， 无 穷 远 ） ； 终 点 （ ， 0） ； 第 三 象 限 。 180 s(Ts 1) k 3) ;起 点 （ 0， K） ； 终 点 （ 180， 0） ； 第 四 、 三 象 限 。 T1s 1T2s 1 4) k ; sT1s 1T2s 1 起 点 （ 90， 无 穷 远 ） ； 终 点 （ ， 0） ； 第 三 、 二 象 限 。 - 270 5) k(τ s 1) ; T); τ ). (τ (T sTs 1 (T τ ) 起 点 （ 90， 无 穷 远 ） ； 终 点 （ ， 0） ； 第 三 象 限 。 : 09 (τ T): 起 点 （ 90， 无 穷 远 ） ； 终 点 （ ， 0） ； 第 四 象 限 。 09
精编自动控制原理讲义资料
自动控制原理：以自动控制系统为对象，学习研究从各类控制系统所抽象出来的，具有共性的规律（组成原理，数学模型，各种分析方法及基本设计方法）。
抽象性、综合性较强，用较多的数学工具解决应用问题。
第一章1.1 引言1.1.1 基本概念（1）自动控制：不需要人直接参与，而使被控量自动的按预定规律变化的过程，叫自动控制。
①不需要人直接参与；②被控量按预定规律变化。
（2）自动控制系统：为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体①实体；②有机组合1.1.2 自动控制技术及应用自动控制应用极为广泛，在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活，处处可见。
1.1.3 自动控制理论的发展 一般可分为三个阶段：（1）第一阶段。
时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。
三大分析方法:时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法.（2）第二阶段。
时间为本世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。
（3）第三阶段。
时间为本世纪70年代末至今。
70年代末，控制理论向着“智能控制”方向发展。
（1）被控对象（2）被控量（被调参数，输出量）（3）给定量（参考输入量，给定信号）（4）扰动量（扰动输入量，扰动信号，干扰量）（5）测量信号（6）偏差信号（详见课本）1.2 自动控制技术中的基本控制方式系统的基本控制方式按有无反馈，即按结构分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。
1.2.1 开环控制系统 (1)定义开环控制是一种最简单的控制方式，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。
示意图：优点：结构简单、调整方便、成本低缺点：控制精度低、对扰动没有控制能力。
用于输出精度要求低的场合。
若出现扰动，只能靠人工操作，使输出达到期望值1.2.2 闭环控制系统——重点控制装置与被控对象之间既有正向作用，又有反向联系的控制过程，也称为反馈控制①系统的输出参与控制，系统结构图构成回路②依靠偏差进行控制的系统，只要偏差存在，就有控制作用，其结果试图使偏差减小 ③控制精度高④对系统内部除反馈通道和给定通道外的一切扰动都有抑制作用 ⑤引起振荡1.2.3 复合控制系统将开环控制和闭环控制系统结合在一起，构成复合控制系统。
华电电力系统自动化第1讲_绪论自动装置
微型计算机系统 工业控制计算机系统 集散控制系统 现场总线控制系统
自动化系统
EMS DMS …
2021/4/28
North China Electric Power University
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自动装置硬件组成形式
1、微型计算机系统
对于控制功能单一的自动装置,其输入输出的电气量较少, 适于采用微型计算机系统,如同步发电机自动并列装置.
△f≤±0.2Hz 不正常状态：正常运行条件受到破坏，但还未发生
故障。等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。
故障状态（继电保护考虑，本课程不考虑。）
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电力系统状态——不正常运行状态
不正常运行状态：正常运行条件受到破坏，但 还未发生故障。等约束条件满足，部分不等约 束条件不满足。
暂态电能质量 稳态电能质量: 电压偏差、频率偏差,波形畸变（谐波）,三
相不平衡度,电压波动闪变
2021/4/28
North China Electric Power University
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电力系统自动化的发展阶段(1)
1、手工阶段
电力工业萌芽阶段，电厂小，就近供电。在发电 机、开关设备旁就近监视设备和手工调节操作。
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North China Electric Power University
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电力系统特点和工作状态
特点：电能无法大容量存储，生产消耗几乎同时。 正常工作状态:
电力系统的电压和频率电流等都在允许的范围以内，能够 保持长期安全工作的状态。
等约束（PQ平衡）和不等约束条件(IUS等)都满足 最关键的指标：Ue±10%,
华电自动控制原理课件4(精)
单元总结主要内容习题类型单元练习
主要内容稳定性分析：稳定的条件、稳定判据、判据的推广。
稳态性能分析：稳态误差的定义、稳态误差的计算（基于终值定理和基于结构计算稳态误差）、误差与系统结构参数的关系、减小或消除系统稳态误差的措施。
动态性能分析：一阶系统性能指标、典型二阶系统性能指标、高阶系统性能指标的估算。
稳定性分析稳态误差的计算• 典型结构和典型输入下的稳态误差；• 非典型结构稳态误差的计算• 改变结构或调整参数改善稳态性能动态性能指标的计算• 一阶系统• 标准二阶系统• 高阶近似简单控制系统的设计• 稳定性设计• 稳定性和稳态性能设计• 动态性能指标的设计
一、系统方框图如下所示 1判断系统的稳定性； 2当两个前馈信号断开时,求给定和扰动均为单位阶跃时系统的稳态总误差； 3恢复前馈信号，再求系统的稳态总误差； 4简述两个前馈信号各自的作用； 5问前馈信号的取舍对系统的稳定性
有无影响？（参考答案：1）稳定；2）essr=1/3,essn=-1/3,ess=0; 3
essr=0,essn=0,ess=0; 4略；5）略。
单元练习二、单位负反馈系统开环传递函数如下，用Routh判据判系统稳定的K值；确定K为何值系统发生持续的等幅振荡，求振荡角频率。
（参考答案：k>14/3; k=14/3,
=11.83 w 三、已知单位负反馈系统闭环传递函数为如下（a，b为正数），K取何值时系统对单位斜坡输入时无差。
参考答案：k=a。
【华北电力大学841自动控制原理】真题精讲课程—讲义5.25 - 副本
华北电力大学841自动控制原理（真题精讲课程内部讲义）海文考研专业课教研中心《841自动控制原理》 真题精讲课程讲义——————————————————————————————————————————————————————————目录1.1 真题分析 ....................................................................... 2 1.2 真题剖析 ....................................................... 错误！未定义书签。
1.2.1 2011年真题 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.2 2010年真题 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.3 2008年真题 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
1.3真题剖析要点总结 ................................................ 错误！未定义书签。
1.3.1常考题型分析总结 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
华电自控课件
水箱水位的人工调节
人工调节过程的三步曲： 1 眼—观测水位
2 脑—思维、决策
补水流量
3 手—操作补水阀门
水箱水位
特点： 脑力、体力劳动频繁！ 控制水平难以提高！ 不适应调节复杂的生产过程！！
用水流量
水箱水位 自动控制系统
3、对控制系统能 力的评价
4、对控制系统品 质的评价
课程的主要内容 及承上启下的关系
控制系统的 数学模型
时域分析法
根轨迹分析法
简单控制系统的 性能设计方法
根轨迹法 设计与校正 （定量）
频域分析法
频域法 设计与校正
（定量）
本课程涉及到的 基础理论知识
付氏变换
电路基础知识
第二节 自动控制系统的一般概念
学习 “自动控制理论”课程最终所要达到的目的
➢ 掌握“全面评价自动控制系统控制水平”的能力； ➢ 了解“改善系统性能”的基本方法； ➢ 了解“设计满足用户要求的自动控制系统”的基本思路。
主要内容及承上启下的关系
本课程设计到的基础理论知识
自动控制系统应用实例
相关概念：
1、开环顺序控制 系统
2、闭环控制系统
闸阀 执行器
杠杆 控制器
浮子 检测变送器
控制装置： 检测变送器 执行器 控制器
补水流量 水箱水位
用水流量
自动控制系统的一般组成 及控制系统的原则性方框图
用水流量
关水注位设共定值性:
控制信号
水箱水位控制系杠统杆的原则性闸方阀框图 水 箱
水位
负反馈自动控制系统的组成补水-流--量 设备、信号的名称.
水位测量值
精品华电自控课程设计
精品 华电自控课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动化控制的基本原理，掌握自动控制系统的组成及功能；2. 学会分析自动控制系统的性能，了解系统稳定性、快速性、精确性等评价指标；3. 掌握典型自动控制算法，如PID控制、模糊控制等，并了解其在实际工程中的应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的自动控制系统；2. 能够使用自动化软件进行系统仿真，分析系统性能；3. 培养团队协作和沟通能力，能够就自动控制问题进行讨论和分析。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化技术的兴趣，激发创新意识，增强实践能力；2. 培养学生严谨的科学态度，提高自主学习、解决问题的能力；3. 增强学生的环保意识，了解自动化技术在节能减排方面的应用。
本课程针对华电自控课程，结合学生年级特点，注重理论与实践相结合，培养学生具备自动化控制方面的基本知识和技能。
课程目标明确，可衡量，便于教师进行教学设计和评估。
通过本课程的学习，学生将能够掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，具备一定的自动化技术水平，为将来的职业发展打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制基本原理：介绍自动控制系统的基本概念、组成及分类，分析自动控制系统的数学模型，讲解控制系统的传递函数、方框图等表示方法。
2. 自动控制系统性能分析：学习稳定性、快速性、精确性等评价指标，探讨系统性能的影响因素，掌握性能改善方法。
3. 典型自动控制算法：详细讲解PID控制算法、模糊控制算法等，分析其在实际工程中的应用及优缺点。
4. 自动控制系统设计：学习自动控制系统设计流程，掌握控制器参数整定方法，培养学生具备实际工程问题解决能力。
5. 自动化软件应用：介绍自动化控制软件（如MATLAB/Simulink）的使用，让学生能够运用软件进行系统仿真、分析性能。
教学内容与教材章节关联如下：- 第一章 自动控制基本原理（教材第1-3章）- 第二章 自动控制系统性能分析（教材第4-5章）- 第三章 典型自动控制算法（教材第6-7章）- 第四章 自动控制系统设计（教材第8章）- 第五章 自动化软件应用（教材第9章）教学进度安排：共10个课时，每部分分配2个课时，最后一课时进行总结与答疑。
华电自控课程设计
课程设计任务书（一）单位负反馈系统，开环传递函数为：)8)(2(10)(0++=s s s s G求：绘制单位阶跃响应曲线。
求出动态性能指标。
绘制对数幅频、相频响应曲线，求出频域性能指标 （二）采用串联校正装置，校正装置的传递函数为)(G c s 。
c c K s G =)(。
绘制c K 由0——∞的根轨迹，绘制c K 取三个不同的值时单位阶跃响应曲线，求出动态性能指标。
c ()G ()c c cK s z s s p +=+，采用角平分法校正后根轨迹通过s1、2=-1+i 。
求出)(G c s ，绘制校正后的单位阶跃响应曲线，并求出动态性能指标。
绘制（2）校正后的对数幅频、相频特性曲线，并求出频域指标。
（三）根据校正前后时域、频域性能指标分析所得的结论，并写成论文。
设计思路用工具软件MATLAB对系统进行仿真分析，得到校正前后系统的时域、频域性能指标，通过比较确定校正在对系统的影响。
解题过程校正之前系统的时域、频域性能分析：程序如下：num1=10;den=conv([1 2],[1 8]);den1=conv([1 0],den);[num11,den11]=cloop(num1,den1,-1);g=tf(num11,den11);time=[0:0.1:50];step(g,time);grid;g=tf(num1,den1);figure(2)bode(g,{0.001,100});grid;figure(3);margin(g);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(g);figure(4);rlocus(g);阶跃响应曲线如下：动态性能指标为：上升时间t r=2.31s 峰值时间t p=5.1s 调节时间t s=3.66s 超调量∂%=1.17% 对数幅频、相频响应曲线，频域性能指标。
Gm = 16.0000 %幅值裕度Pm = 69.1049 %相角裕度ωWcg = 4.0000 %穿越频率xωWcp= 0.5972 %截止频率c对数幅频、相频响应曲线如下：校正装置的设计c c K s G =)(时，根轨迹如下： 程序如下： num1=10;den=conv([1 2],[1 8]); den1=conv([1 0],den);[num11,den11]=cloop(num1,den1,-1); g=tf(num1,den1); rlocus(g)根轨迹的图象如下：c K =10*0.8时，单位阶跃响应急动态性能指标如下：上升时间t r =3.07s峰值时间t p =8.7s 调节时间t s =5.21s 超调量∂%=0.0361%c =10*2时，单位阶跃响应急动态性能指标如下：上升时间t r =1.12s 峰值时间t p =2.5s 调节时间t s =4.99s 超调量∂%=14.1%c K =10*30时，单位阶跃响应急动态性能指标如下：（不存在调节时间）上升时间t r :不存在 峰值时间t p =49.7s 调节时间t s =None 超调量∂%=Nan注：（上面三个的单位阶跃响应在编码上只是kc 的值不同而已，故程序不再详述）由上表可以看出随着kc 的 增大上升时间，调节时间都减小，而峰值时间和超调量则增大c ()G ()c c cK s z s s p +=+时，校正装置的求取过程如下：程序如下： f=-1+1.3j;fai=180-360*atan(imag(f)/(-real(f)))/(2*pi); syms sg=10/(s*(s+2)*(s+8)); gs=subs(g,'s',f); a=real(gs); b=imag(gs);gj=180-360*atan(b/(-a))/(2*pi); faic=180-gj; ctap=(fai-faic)/2; ctaz=(fai+faic)/2;pc=-real(f)+imag(f)/(tan(ctap*2*pi/360)) zc=-real(f)+imag(f)/(tan(ctaz*2*pi/360)) gc=(s+zc)/(s+pc); gcf=subs(gc,'s',f); kc=1/(abs(gs)*abs(gcf)) num1=10;den=conv([1 2],[1 8]);den1=conv([1 0],den);[num11,den11]=cloop(num1,den1,-1); step(num11,den11,'k'); hold onnum2=kc*10*[1 +zc]; den2=conv(den1,[1 +pc]);[num22,den22]=cloop(num2,den2,-1); step(num22,den22,'-k') gtext('校正前') gtext('校正后') 运行结果为： pc = 1.7959 zc = 1.4979 kc = 2.0971即校正装置为：c 2.0971( +1.4979)G () 1.7959s s s =+校正后系统的开环传递函数为：010*2.0971( 1.4979)()(2)(8)( 1.7959)s G s s s s s +=+++校正后系统的时域、频域性能分析：阶跃响应曲线：动态性能指标：上升时间tr=1.23s峰值时间tp=2.65s 调节时间ts=3.76s 超调量 %=7.5% 校正之后系统的时域、频域性能分析。
电力拖动自控系统课程教学(自学)基本要求
《电力拖动自控系统》课程教学（自学）基本要求第一章 闭环控制的直流调速系统内容摘要：1．直流电动机调压可获得恒转矩调速。
直流电动机调励磁可获得恒功率调速，用不同调速方法的直流调速系统有不同的调速特性。
生产机械有不同的负载转矩特性，采用可调速传动装置时需考虑使装置的调速特性与负载的要求相匹配，以获得良好的技术经济效果。
2．供变压调速使用的可控直流电源有：旋转变流机组、静止可控整流器与直流斩波器。
采用旋转变流机组的G －M 系统使用最早。
采用静止可控整流器的V 一M 系统已成为目前直流调速系统的主要形式。
直流斩波器也是一种静止变换器，它不同于通过相位控制调压的可调整流器，它是通过主开关元件的通断时间比例来调压的，故而带来一系列优点。
3．V －M 系统的几个特殊问题可归结为：整流电压的相位控制、整流电流的平波与波形的连续、调速机械特性及其分区。
对于一般全控整流电路，电流连续时理想空载电压0d U 与触发脉冲相位α的关系为αππcos sin 0m U mU m d =一般从保证轻载时电流连续角度选择平波电抗器，对三相整流电路有mH I U L d min2693.0= 式中，I dmin 取电动机额定电流的5%－10%，单位是A ，U 2的单位是V ，L 的单位是mH 。
V －M 系统的完整调速机械特性包含整流状态与逆变状态、连续区与断续区。
4．调速范围与转差率是调速系统的两个相互关联的稳态性能指标。
闭环控制相对于开环控制来讲，可使系统稳态性能指标得到改善。
加转速负反馈和比例调节器的系统，可使稳态速降减小，但总是有静差，不可能使速降为零。
在该系统中，被反馈环所包围的加于控制系统前向通道上的各种扰动对转速的影响，都受到反馈控制的抑制。
但反馈控制无力克服给定电阻和检测反馈元件的误差。
调速范围、静差率和转速落差之间的关系：s)-(1n s n D nom nom ＝ 由于开环调速系统的额定速降△n nom 较大，不能满足具有一定静差率的调速范围的要求，此引入转速负反馈组成闭环的反馈控制系统。
华电现代控制理论第二章
03
线性系统的能控性与能观性
能控性的定义与判据
定义
能控性是指对于线性系统，存在无限制的控制输入，使得系统从任意初始状态出发，在有限时间内能够达到任意 指定的终端状态。
判据
线性系统能控的充分必要条件是其能控性矩阵满秩。能控性矩阵是由系统矩阵A和控制矩阵B构成的，具体形式为 [B AB A^2B ... A^(n-1)B]，其中n为系统的维数。若该矩阵满秩，则系统能控。
在复平面上绘制系统开环频率特性曲线，根据曲线包围临界点（-1,j0） 的圈数来判断闭环系统的稳定性。
根轨迹法
通过绘制系统根轨迹图，观察根轨迹的走向和变化趋势来判断系统的 稳定性。
05
线性系统的状态反馈与状态观测 器设计
状态反馈的基本概念
状态反馈的定义
状态反馈是控制系统设计中一种重要的方法，它通过将系 统的状态变量反馈到输入端，以改变系统的动态特性。
以状态变量为坐标轴构成的抽象空间，用于描述 系统的动态行为。
状态方程的建立
状态方程
描述系统状态随时间演变的微分方程或差分方程，反映系统内部 状态的变化规律。
输出方程
描述系统输出与状态变量和输入变量之间关系的方程，反映系统外 部表现。
状态空间表达式的建立
通过物理定律、系统特性和建模假设，建立系统的状态方程和输出 方程。
李雅普诺夫稳定性
定理
对于线性定常系统，如果存在一 个正定的标量函数，其一阶导数 负定，则系统是渐近稳定的。
线性定常系统的稳定性判据
劳斯判据
通过系统特征方程的系数构造劳斯表，根据劳斯表的性质判断系统的 稳定性。
赫尔维茨判据
通过系统特征方程的系数构造赫尔维茨矩阵，根据矩阵的性质判断系 统的稳定性。
华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-绪论(1)
于设计原理缺陷或装置损坏拒动，可由安装在此处 的另一种保护元件动作切除故障。
1
8 A3
25 4 B7
6 C
K3 37/55
远后备保护： 通过与之邻近的上一级（靠近电源侧）保护元
件来实现。 举例：K3点故障，保护6拒动后，由保护5动作
灵敏系数
反应范围 设定范围
后续内容再涉及灵敏系数的具体计算。
43/55
4、可靠性 指保护装置在其规定的保护范围内发生故障，应
能够可靠动作，不拒动(可信赖性)；而在保护范围之 外的故障，应能够可靠的不动作，不误动(安全性)。
可靠性是评价继电保护性能的主要指标：
正确动作率
保护装置正确动作次数 保护装置总动作次数
将故障切除，那么，称：保护5对保护6 （或断路 器）起到了远后备的作用（异地）。
1
8 A3
25 4 B7
6 C
K3 38/55
优缺点分析 1）近后备保护：
后备保护功能由本地实现，不扩大故障范 围。 缺点：不能对本地断路器起到后备保护作用，需要 与断路器失灵保护相配合。直流消失时也不 起后备作用。 2）远后备保护： 能够对下级保护元件及断路器起到后备保护 的作用。 缺点：易扩大故障范围。
泛指继电保护技术以及由各种继电保护装置 构成的继电保护系统，包括继电保护的原理设 计、配置、整定、调试等技术及相关设备。
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二、继电保护的基本原理及其组成
为完成继电保护的基本任务，必须正确区分正常 运行、不正常运行和故障状态，寻找这三种运行状 态下的可测参量(电气量和非电气量)的“差异”。
根据可测参量（电气量）的不同差异，可以构成 不同原理的继电保护。
《华电课件自控》PPT课件
1 . Tc ( t ) c ( t ) r ( t ) , r ( t )δ ( t )
C(s) 1 R ( s ) T s 1
C ( s )
1 Ts1
c ( t )
1 T
e 1 t T
(t 0)
l i mc ( t )
t
0
特征方程 Ts1 0
特征根
s
1 T
2. c(t) 2c(t) 5c(t) r(t), r(t)δ (t)
B(s)
N (s) G2 (s)
C (s)
一、误差、稳态误差
H (s)
二、开环传递函数结构与给定输入下稳态误差essr的关系 三、开环传递函数结构与扰动输入下稳态误差essn的关系 四、改善系统稳态性能的措施
18
一、稳态误差定义及计算
1、误差、稳态误差的定义：e(t)=r(t)-b(t) ; e(t)= cr(t)-c(t)
这 个 距 离 越 大 ， 系 统 的稳 定 裕 量 越 大 。
设计方法：坐标变换
取s u 0. 5
( u 0 . 5 )3 5 ( u 0 . 5 )2 6 ( u 0 . 5 ) k 0 u3 3 . 5 u2 0 . 2 5 u ( k 1 . 8 7 5 ) 0
k 1 . 8 7 5 0 稳 定 条 件 为k 1 . 8 7 5 3 . 5 0 . 2 5 1 . 8 7 5 k 2 . 7 5 取s u 1
定和干扰作用时，对系统
b
稳态误差的影响。
R(s) E (s)
1
由误差函数分析其作用。
s2
N (s)
2s 1
s ( s 1)
C (s)
2
N(s)
华北电力大学自动控制课程设计
课程设计报告( -- 年度第1 学期)名称：《自动控制理论》课程设计题目：基于自动控制理论的性能分析与校正院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：成绩：日期：年月日《自动控制理论》课程设计任务书一、设计题目基于自动控制理论的性能分析与校正二、目的与要求本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。
设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。
通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。
通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。
3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
三、主要内容1．前期基础知识，主要包括MA TLAB系统要素，MA TLAB语言的变量与语句，MATLAB 的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MA TLAB的在线帮助功能等。
2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。
3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。
4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。
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16(8)
s4 6s2 8 0 4 s3 12s2 0 s3 3s2 0
四、代数稳定判据的推广
1、低阶系统稳定性的简单判别 2、不稳定系统特征根的分布 3、简单系统稳定性的设计 4、设计具有一定稳定裕量的控制系统 5、系统参数对稳定性的影响
1、低阶系统稳定性的简单判别
1）一阶系统 a1sa00 稳定条件：所有项系数大于零。
t
0
特征方程
Ts 1 0
特征根
s
1 T
2. c(t) 2c (t) 5c(t) r(t), r(t2 22
C(s)
(s
1 1)2
22
c(t) etsin2t (t 0)
lim
t
c(t)
0
特征方程 (s 1)2 22 0
特征根 s1,2 1 j2
应用举例
( 1 D ) 3 (4 s s 1)3 0 6 2 s s 4 0 9 0 s
返回推广
结论：第一列出现负数，系统不稳定。
注
(2 s 3 2 2 ) s s 2 0s 4 2 3 s 2 s 2 1 0 s 意
解
结论：第一列出现0，系统不稳定。
题
(
3 D ) s 6 ( 2 s 5 8 s ) 4 1 s 3 2 2 2 s 0 1 1 s 6 0 6 s
3、简单系统稳定性的设计
N(s)
R(s) k
1 s ( s 2 )( s 3 )
C(s)
1Gk(
s)1 s
k (s2 )
(3 s
0 )
s35 2 s6 sk0
系 统 稳 定 的 必 条要 件和 是 kk 充 3 0：0分 所 以 ， k当 300 时 ， 上 述稳控定制。系 统
4、设计具有一定稳定 R(s)
裕量的控制系统
k
N(s)
1 s ( s 2 )( s 3)
C(s)
s3 5s2 6s k 0
当0 k 30时，上述控制系统稳定。特征根均在左半平面。
要 使 特 征 根 在 左 半 平 面且 距 虚 轴 有 一 定 距 离 ，则 系 统 拥 有 一 定 稳 定 裕量 。
课后练习一
一、稳定性的概念
定义：给定值变化测量值具有跟踪给定值的能力；干扰
作用破坏系统的平衡，但具有抗拒干扰重新回到平衡状
态的能力。
大范围稳定特征
▪ 大范围稳定
1）稳定性与初始条件无关；
▪ 局部稳定
2）与输入信号无关。
▪ 线性系统若稳定，则为大范围稳定系统
大范围稳定 F(t) 局部稳定
系统产生运动的原因：扰动（外力）；初始状态（偏离平衡点）
稳定的必要条件：特征方程所有项系数同号且不为0。 稳定的充分条件：Routh表中第一列元素均大于零。
S5
a5
a3
a1
S4
a4
a2
a0
S3
b1a4a3a4a5a2 b2a4a1a4a5a0
0
S2
c1b1a2b1a4b2
S1
d1
c1b2c2b1 c1
c2 a0 d2 0
应用举例
S0
e1 a0
a 5 s 5 a 4 s 4 a 3 s 3 a 2 s 2 a 1 s a 0 0
华电课件自控
精品jing
易水寒江雪敬奉
第一节 控制系统的典型输入信号 和系统性能指标
一、系统性能分析的思路
人为破坏系统的平衡状态（施加扰动），考查系统是否具有重新恢 复平衡状态的能力及水平。
二、典型输入信号
阶跃函数、斜坡函数、抛物线函数、脉冲函数、正弦函数。
三、系统的时域性能指标
▪ 动态性能指标
上升时间tr ；峰值时间tp ；调节时间ts ；超调量
t r(t)0.5a2t1 (t) R (s)sa 3
t
r(t) (t) R (s) 1
t
t
获得性能指标的途径
——给定输入下的单位阶跃响应曲线
r(t) c(t)
c(t p )
r(t)
c(t)
c()
tr tp
ts
t
%c(tp)c()10% 0
c()
第二节 稳定性分析
一、稳定性的概念 二、稳定的条件 三、代数稳定判据 四、代数稳定判据的推广
线性定常系统稳定的充要条件：系统特征方程的所有根为 负实数或具有负实部的共轭复数，即所有特征根位于复平 面的左半面。
充要条件使用存在的问题——高阶系统特征根的求取 解决的方法——代数稳定判据
c2 a0
三、代数稳定判据
解 题 n s n 依 a n 1 s n 1 据 a ： 1 s a 0 a 0
二、稳定的条件
稳定性是系统去掉外力作用后自身的一种恢复能力。基于系统的 数学模型，求解研究运动特性，并由此引出系统稳定的充要条件。
1. T c (t) c(t) r(t),
r(t) δ(t)
C(s)
1
R(s) Ts 1
C(s)
1 Ts 1
c(t)
1 T
e 1t T
(t 0)
lim c(t)
技 巧
结论：出现全为0的行，系统不稳定。 (4 (2 s )2 1 s3 ) 2 (2 s s s 1 0 )
结论：第一列全为正，系统稳定。
S6 1 S5 2(1) S4 2(1) S3 0(1) S2 3 S1 1/3 S0 8
8 12 (6) 12 (6) 0(3) 8
20
16
16(8)
3）ROUTH表中在k+1行出现全零元素，由k行元素构造辅助方程，对辅助 方程求导，导数方程对应项系数分别代替零元素，并完成全零行以下 表的列写。此时，全零行以下第一列元素符号翻转的次数为K个特征 根中在右半平面的个数。若全部大于零，则必有共轭根在虚轴上。 虚轴上根的个数为： J=K-2L。
应用举例
2）二阶系统 a2s2a1sa00 稳定条件：所有项系数大于零。
3）三阶系统 a 3 s3a 2 s2a 1 sa 00 稳定条件：所有项系数大于零。内项系数乘积大 于外项系数乘积。
2、不稳定系统特征根的分布
1）ROUTH表中第一列元素符号翻转次数为系统在右平面特征根的数；
2）ROUTH表中第一列出现零元素，可用无穷小量替代零完成表的列写。 再对各待定元素求无穷小量的极值。此时，第一列元素符号翻转的次 数仍然为特征根在右半平面的个数。
σ
c %
(pt)c ()1
0
0
%
▪ 稳态性能指标：稳态误差ess
c ()
分析思路
过程控制系统的性能分析
物体运动过程的性能分析
r(t) 控制系统模型 c(t)
r(t) c(t) t
F (t)
k
m
y (t) f
F(t)
y(t)
t
典型输入信号
r(t)1(t) R(s)1 s
k r(t)kt1(t) R(s)s2