自动控制系统分析
电气自动控制系统分析
电气自动控制系统分析电气自动控制系统分析是指对电气系统中的自动控制装置进行分析和研究，以了解其原理和性能，并进行系统优化和故障诊断。
电气自动控制系统广泛应用于工业生产和日常生活中的各个领域，如电力系统、制造业、交通运输等。
电气自动控制系统分析的第一步是对控制系统进行建模。
建模是指将实际的物理系统转换为一个数学模型，通过该模型可以描述系统的特性和行为。
常见的电气自动控制系统模型有传递函数模型、状态空间模型等。
建模的过程需要考虑系统的输入、输出、状态以及系统的动态特性等因素。
在对电气自动控制系统进行分析时，常用的方法有频域分析和时域分析。
频域分析是通过对信号的频谱进行分析，得到系统的频率响应曲线，进而了解系统的稳定性和频率特性。
常用的频域分析方法有傅里叶变换和拉普拉斯变换等。
时域分析是通过对系统的时间响应进行观察和分析，了解系统的动态特性和响应速度。
常用的时域分析方法有单位阶跃响应和单位冲激响应等。
电气自动控制系统分析的另一个重要内容是系统优化。
系统优化是指通过调整系统的参数和结构，使系统的性能达到最优。
常见的系统优化方法有比例积分微分控制器的调参、系统的结构优化等。
电气自动控制系统分析还包括故障诊断。
故障诊断是指利用分析方法来检测和诊断系统中的故障，在故障发生时能够及时采取措施修复系统。
常见的故障诊断方法有观测法、模型基础诊断法等。
电气自动控制系统分析是对电气自动控制系统进行建模、分析和优化的过程，通过该过程可以了解系统的特性和行为，并发现问题和解决故障，从而提高系统的性能和可靠性。
分析自动控制系统性能的常用方法
由过渡过程分析中的三要素法可知，电路对 时间响应常常分为两个部分：暂态响应和稳 态响应。线性电路的时间响应 c (t ) 通常可以 写成：
c(t ) ct (t ) css (t )
ct (t ) 为暂态响应，css (t ) 为稳态响应 其中：
当输入激励是为正弦周期信号时：
其输出响应为： c(t ) MAm e t MAm sin( t )
M ( ) 为该一阶RC电路的幅频特性，它是指输出正 则： 弦响应信号的最大值与输入正弦激励信号最大值之间 的比值；称 ( )为该一阶电路的相频特性，它是指 输出正弦信号的初相位与输入正弦信号初相位之差 （相位差）。
( ) c ( ) i ( ) arctan(T )
Ac 0.193 M ( ) 50 0.193 Ar 1
( ) 50 c r 78.9 0 78.9
当我们选择足够多的频率点后，通过幅值与频率，相 位与频率之间一一对应的关系，我们最后可以绘制出 如图所示的幅频率特性曲线与相频率特性曲线。并由 此曲线来分析该电路的性质
输出稳态响应的幅值 输出稳态响应的初相位
现在我们以同样的办法将输入激励信号R（jω）也写 成相量的形式，则有：
R( j ) R( j ) R( j ) Ar r
正弦激励的幅值
正弦激励的初相位
这样该线性系统的传递函数就变成了：
C ( j ) C ( j ) C ( j ) G ( j ) R( j ) R( j ) R( j ) C ( j ) C ( j ) R( j ) R( j ) Ac c r M Ar
第4章 分析自动控制系统性能的常 用方法
自动控制原理实验 控制系统稳定性分析和时域响应分析
实验二 控制系统稳定性分析和时域响应分析一、实验目的与要求1、熟悉系统稳定性的Matlab 直接判定方法和图形化判定方法；2、掌握如何使用Matlab 进行控制系统的动态性能指标分析；3、掌握如何使用Matlab 进行控制系统的稳态性能指标分析。
二、实验类型设计三、实验原理及说明1. 稳定性分析 1）系统稳定的概念经典控制分析中，关于线性定常系统稳定性的概念是：若控制系统在初始条件和扰动共同作用下，其瞬态响应随时间的推移而逐渐衰减并趋于原点(原平衡工作点)，则称该系统是稳定的，反之，如果控制系统受到扰动作用后，其瞬态响应随时间的推移而发散，输出呈持续震荡过程，或者输出无限偏离平衡状态，则称该系统是不稳定的。
2）系统特征多项式以线性连续系统为例，设其闭环传递函数为nn n n mm m m a s a s a s a b s b s b s b s D s M s ++++++++==----11101110......)()()(φ 式中，n n n n a s a s a s a s D ++++=--1110...)(称为系统特征多项式；0...)(1110=++++=--n n n n a s a s a s a s D 为系统特征方程。
3）系统稳定的判定对于线性连续系统，其稳定的充分必要条件是：描述该系统的微分方程的特征方程具有负实部，即全部根在左半复平面内，或者说系统的闭环传递函数的极点均位于左半s 平面内。
对于线性离散系统，其稳定的充分必要条件是：如果闭环系统的特征方程根或者闭环传递函数的极点为n λλλ,...,21，则当所有特征根的模都小于1时，即),...2,1(1n i i =<λ，该线性离散系统是稳定的，如果模的值大于1时，则该线性离散系统是不稳定的。
4）常用判定语句2.动态性能指标分析系统的单位阶跃响应不仅完整反映了系统的动态特性，而且反映了系统在单位阶跃信号输入下的稳定状态。
自动控制系统的基本原理与技术
自动控制系统的基本原理与技术自动控制系统是一种能够自主调节、控制和监测的系统，广泛应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、通信网络、航空航天等。
它通过感知、决策和执行三个步骤，实现对被控对象的精确控制。
在本文中，我们将介绍自动控制系统的基本原理与技术，并探讨其在现代社会中的应用。
一、自动控制系统的基本原理自动控制系统的基本原理可以总结为反馈控制和前馈控制两种方式。
1. 反馈控制反馈控制是根据被控对象的实际状态与期望状态之间的差异进行调整的一种控制方式。
它通过传感器获取被控对象的输出信号，并将其与预期输出进行对比。
差异信号经过控制器的处理后，通过执行器对被控对象的输入进行调整，使实际输出逐渐趋向于期望输出。
反馈控制可以实现对系统的稳定性和精确性的控制，常用于对动态系统的调节。
2. 前馈控制前馈控制是根据被控对象的输入信号与期望输入信号之间的差异进行调整的一种控制方式。
它通过控制器对期望输入信号进行处理，并将处理后的信号直接作用于被控对象的输入端，以抵消外部扰动对系统的影响。
前馈控制可以提前对系统进行补偿，有效地减小了反馈控制的误差，常用于对静态系统的调节。
二、自动控制系统的基本技术自动控制系统的实现涉及多种基本技术，包括传感器、控制器和执行器等。
1. 传感器传感器是自动控制系统中用于感知被控对象状态的装置。
它可以将物理量、化学量或其他特定量转化为电信号，并传输给控制器。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的准确性和响应速度直接影响着控制系统的性能。
2. 控制器控制器是自动控制系统中用于处理输入信号并生成控制信号的核心组件。
它根据传感器获取的信息和预设的控制策略，计算出对被控对象的调节量，并将调节信号发送给执行器。
常见的控制器有PID控制器、模糊控制器、模型预测控制器等。
控制器的设计和调节方法直接影响着控制系统的性能表现。
3. 执行器执行器是自动控制系统中用于执行控制信号的装置。
自动控制 控制系统的稳定性分析
例 已知控制系统特征方程,判断系统稳定性。 s6 +2s5 +8s4+12s3+20s2+16s+16=0 解： 劳斯表为: 由为零上一行的元素 s6 1 8 20 16 组成辅助多项式： s5 2 12 16 P(s)=2s4+12s2+16 dP(s)=8s3+24s s4 2 12 16 ds 3 s 代入 0 0 8 24 系统有虚根,不稳定。 2 s 6 16 劳斯表中某行同乘以某正数， s1 8/3 不影响系统稳定性的判断。 0 s 16
第五节 控制系统的稳定性分析
二、劳斯稳定判据
根据稳定的充分与必要条件 , 求得特 征方程的根 , 就可判定系统的稳定性 . 但对 于高阶系统求解方程的根比较困难。 劳斯稳定判据是根据闭环传递函数 特征方程式的各项系数 , 按一定的规则排 列成劳斯表，根据表中第一列系数正负符 号的变化情况来判别系统的稳定性。 下面具体介绍劳斯稳定判据的应用。
第五节 控制系统的稳定性分析
例 已知系统的特征方程,试用劳斯判据确定 方程的根在s平面上的分布。 s3-3s+2=0 解： 方程中的系数有负值，系统不稳定。 ε -2 = -∞ -3 劳斯表为: b31= ε -3 s3 1 b31→ -∞ ε →0 s2 ε0 2 第一列元素的符号变化了 1 s b ∞ 31 两次,有一对不稳定根。 0 s b 241 s3-3s+2=(s-1)2(s+2)=0 通过因式分解验证: s1.2=1 s3=-2
第五节 控制系统的稳定性分析
如果劳斯表中某一行的元素全为零， 表示系统中含有不稳定的实根或复数根。 系统不稳定。 此时，应以上一行的元素为系数，构 成一辅助多项式，该多项式对s求导后， 所得多项式的系数即可用来取代全零行。 同时由辅助方程可以求得这些根。 下面举例说明:
第四章分析自动控制系统性能常用的方法
第四章 分析自动控制系统性能常用的方法（10 学时）目的、教学要求：在经典控制理论中常用的分析方法有时域分析法(由时域响应及传递函 数出发去进行分析)、根轨迹分析法和频率特性分析法。
本章主要介绍其中的两种分析方法， 即：时域分析法和频域分析法。
因此在本章中主要掌握：² 时域分析法的基本概念及分析方法² 频域分析法的基本概念及分析方法重点、难点：本章的重点是： 频率特性的基本概念， 开环对数频率特性的绘制及幅值穿越频率的求取， 控制系统的对数稳定性判据，系统频域性能分析及与时域性能指标之间的关系。
本章的难点是：自动控制系统开环对数频率特性的绘制及幅值穿越频率的求取、控制系 统的频域性能分析及与时域性能指标之间的关系。
主要内容：² 频率特性的基本概念² 频率特性的图形表示法² 典型环节的 Bode 图² 自动控制系统的开环对数频率特性² 习题² 实验教学方式：该部分内容较难理解，应采用 PPT+《自动控制原理频域分析工具箱》教学软件 的多媒体教学方式；习题课采用课堂教学， 但至少应用一次课堂练习用来让学生学习绘制伯 德图。
教学设计：① 通过多媒体教学演示软件《自动控制原理频域分析工具箱》生动说明频率响应的概 念，引导学生对实验演示结果进行分析，从而引出占有率特性的基本概念。
② 通过一个案例（一阶 RC 电路）及多媒体教学演示软件来讲解：输出信号的幅值与相 位与频率之间的关系及频率特性与系统结构参数之间的关系（简要介绍，用 PPT+媒体教学 演示软件来讲）。
③ 采用课堂练习的方法，引导学生按步骤进行伯德图的绘制，学习绘制前要求学生准 备好二张以上的三级半对数坐标纸（从校园网上下载）。
教学内容：一、频率特性的基本概念1. 频率响应与频率特性频率响应的概念：线性定常系统对正弦输入信号的稳态响应称为频率响应。
线性系统的 频域分析的出发点仍然是它的传递函数。
电气自动控制系统分析
电气自动控制系统分析电气自动控制系统分析是指对电气领域中的自动控制系统进行深入的研究和分析，以实现对该系统的优化和改进。
本文将对电气自动控制系统分析的步骤、方法和应用进行详细的介绍。
电气自动控制系统是指利用电气的原理和技术对系统实现自动化控制的一种系统。
它由传感器、执行器、控制器和连接线组成，传感器负责采集系统的状态信息，执行器根据控制器的指令对系统进行控制，控制器根据传感器的反馈信息决策执行器的动作，连接线起到传递信息的作用。
电气自动控制系统广泛应用于工业、交通、生活等各个领域。
电气自动控制系统分析的第一步是对系统进行建模和仿真。
建模是指将系统抽象为数学模型，将系统的结构和功能用符号、数学公式等形式表达出来。
仿真是指利用计算机软件模拟系统的运行过程，并观察系统在不同情况下的响应和性能。
通过建模和仿真，可以更好地了解系统的特性和行为。
电气自动控制系统分析的第二步是对系统进行性能评估。
性能评估是指对系统在不同工作条件下的稳定性、鲁棒性、动态响应等进行评估。
通过性能评估，可以知道系统在面对各种工况时的表现，从而可以找出系统存在的问题并加以改进。
电气自动控制系统分析的第三步是对系统进行优化设计。
优化设计是指根据系统的需求和限制条件，利用优化算法和方法对系统的参数和结构进行优化。
通过优化设计，可以使系统在满足规定要求的达到最佳的控制效果和性能。
电气自动控制系统分析的应用包括但不限于以下几个方面：1. 工业自动化控制系统分析。
工业自动化控制系统在生产过程中起到至关重要的作用，通过对系统进行分析，可以优化和改进控制策略，提高生产效率和质量。
2. 交通自动控制系统分析。
交通自动控制系统包括交通信号控制系统、智能交通系统等，通过对系统进行分析，可以优化信号配时、交通流控制等，提高交通效率和顺畅度。
电气自动控制系统分析是电气领域中重要的研究方向，通过对系统进行建模、仿真、性能评估和优化设计，能够更好地了解系统特性和性能，并优化和改进系统的控制策略，提高系统的效率和性能。
自动控制系统的稳定性分析
自动控制系统的稳定性分析自动控制系统在现代工程中起着至关重要的作用。
稳定性是评价自动控制系统性能的一个重要指标，系统稳定性的分析对于系统设计、调试和优化至关重要。
本文将对自动控制系统的稳定性进行分析，并探讨常用的稳定性分析方法。
1. 引言自动控制系统的稳定性是指在外部扰动或参数变化的情况下，系统能够保持稳定的能力。
稳定性分析是评价系统的关键特性之一，它决定了系统的可靠性和性能。
稳定性分析的目的是通过研究系统的传递函数或状态方程，确定系统的稳定性边界并评估系统的稳定性。
2. 稳定性的判据用于判断自动控制系统稳定性的最常见方法是分析系统的极点位置。
极点是系统传递函数或状态方程的特征根，它们的位置决定了系统的稳定性。
常见的判据有：- 实部均小于零：当系统的所有极点的实部都小于零时，系统是稳定的。
- 实部均小于等于零：当系统的所有极点的实部都小于等于零时，系统是边界稳定的。
- 实部均小于一：当系统的所有极点的实部都小于一时，系统是渐进稳定的。
- Nyquist稳定判据：通过绘制系统开环传递函数的Nyquist曲线，判断曲线与负实轴的交点个数来确定系统的稳定性。
3. 稳定性分析方法3.1 根轨迹法根轨迹法是一种图形化分析方法，通过绘制系统极点随参数变化的轨迹，可以直观地了解系统的稳定性边界。
根轨迹图能够反映了系统参数变化时的稳定性情况，并通过分析轨迹与虚轴的交点个数来判断系统的稳定性。
3.2 频率响应法频率响应法是一种以频域为基础的稳定性分析方法，它通过研究系统在不同频率下的响应特性来判断系统的稳定性。
常用的频率响应法包括振荡器法、相频曲线法和伯德图等。
这些方法通过测量输入输出之间的幅度和相位差来评估系统的稳定性。
3.3 状态空间法状态空间法是一种基于系统的状态方程进行稳定性分析的方法。
通过将系统的状态方程转化为特征方程，可以分析特征根的位置来判断系统的稳定性。
状态空间法具有较强的灵活性，可以应用于复杂的多变量系统。
自动控制系统性能分析
延迟环节对系统稳定性的影响
延迟环节对系统稳定性的影响
延迟环节对系统稳定性的影响
延迟环节对系统稳定性的影响
延迟环节对系统稳定性的影响
延迟环节对系统稳定性的影响
延迟环节对系统稳定性的影响
7.2 自动控制系统的稳态性能分析
稳态误差始终存在于系统的稳态工作状态之中。 系统稳态误差的概念——暂态响应与稳态响应 误差传递函数 系统稳态误差与输入信号之间的关系——自动
由以上分析可见，对三阶系统，加大增益，将使系统 稳定性变差，甚至造成不稳定。由此，伯德提出：为 了保证系统有足够的稳定裕量，在设计自动控制系统
时，要使 c附近(左、右各几个频程)L() 的斜率为
-20dB/dec(这又称伯德第一定理)。 【例7-1】分析如图7-11所示的随动系统的相位稳定 裕量。
造成系统不稳定主要有：系统内部参数结 构上的原因和外部控制上的客观原因。
稳定系统与不稳定系统
a)不稳定系统
b)稳定系统
造成自动控制系统不稳定的物理原因
系统的稳定性概念又分绝对稳定性和相对稳定性。 系统的绝对稳定性是指系统稳定(或不稳定)的条 件。
即形成系统稳定的充要条件。 系统的相对稳定性是指稳定系统的稳定程度。
量 U set / RC 会最终消失掉。
所以，在控制系统中，暂态响应定义为从激励（输入 信号）产生开始到时间趋于无穷时，输出趋近于零的 那一部分与时间有关的响应。而稳态响应则为暂态响 应消失之后余下的那一部分响应。
电气自动控制系统分析
电气自动控制系统分析
电气自动控制系统分析是指对电气自动控制系统进行研究和分析，以了解系统的结构、运行原理和性能，并进行评估和改进的过程。
电气自动控制系统是将电气信号作为输入，通过传感器、执行器和控制器等组成的系统，对被控对象实施自动化控制。
它在工业生产、交通运输、能源管理、环境保护等领域
起着重要作用，提高了工作效率和产品质量。
分析电气自动控制系统需要从多个角度进行，包括系统结构、控制原理、控制效果等
方面。
分析系统结构是了解系统各个组成部分之间的连接和作用关系。
电气自动控制系统通
常由传感器、控制器和执行器组成，传感器用于采集被控对象的信息，通过控制器对信号
进行处理和分析，并通过执行器对被控对象施加控制。
分析系统结构可以帮助我们更好地
理解系统的工作原理和功能。
分析控制原理是了解系统的工作机理和控制策略。
不同的电气自动控制系统采用不同
的控制原理，例如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
分析控制原理可以帮助我们评
估系统的稳定性、鲁棒性和响应速度，并根据需要对控制算法进行优化和改进。
分析控制效果是了解系统的性能指标和控制结果。
电气自动控制系统通常需要满足一
定的性能要求，如稳定性、精度、速度等。
分析控制效果可以通过实验和仿真等手段进行，以评估系统的控制能力和改进空间。
电气自动控制系统分析是一项重要的工作，可以帮助我们深入理解系统的工作原理和
性能，为系统的优化和改进提供依据。
通过不断的分析和研究，可以使电气自动控制系统
更加稳定、精确和高效。
自动控制系统实验报告
一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本概念和组成；2. 掌握自动控制系统的基本分析方法；3. 熟悉自动控制系统的实验操作步骤；4. 分析实验数据，提高对自动控制系统的理解和应用能力。
二、实验原理自动控制系统是一种根据给定输入信号，通过反馈和调节作用，使系统输出信号能够自动跟踪输入信号的系统。
自动控制系统主要由被控对象、控制器和反馈环节组成。
三、实验设备1. 自动控制系统实验箱；2. 数据采集卡；3. 计算机；4. 电源；5. 实验接线板。
四、实验内容1. 自动控制系统组成原理实验；2. 自动控制系统基本分析方法实验；3. 自动控制系统实验操作步骤实验。
五、实验步骤1. 自动控制系统组成原理实验（1）观察实验箱内各模块的连接情况，了解被控对象、控制器和反馈环节的连接方式；（2）按照实验指导书的要求，将实验箱内的模块正确连接；（3）启动实验箱，观察系统运行情况，分析系统组成原理。
2. 自动控制系统基本分析方法实验（1）根据实验指导书的要求，设置实验参数；（2）启动实验箱，进行实验操作；（3）采集实验数据，记录实验结果；（4）分析实验数据，掌握自动控制系统基本分析方法。
3. 自动控制系统实验操作步骤实验（1）按照实验指导书的要求，设置实验参数；（2）启动实验箱，进行实验操作；（3）观察系统运行情况，分析实验操作步骤；（4）记录实验数据，分析实验结果。
六、实验结果与分析1. 自动控制系统组成原理实验实验结果表明，自动控制系统由被控对象、控制器和反馈环节组成，通过反馈和调节作用实现系统输出信号的自动跟踪。
2. 自动控制系统基本分析方法实验实验结果表明，通过实验数据可以分析自动控制系统的稳定性、速度响应、稳态误差等性能指标，从而掌握自动控制系统基本分析方法。
3. 自动控制系统实验操作步骤实验实验结果表明，按照实验指导书的要求进行实验操作，可以顺利完成实验任务，达到实验目的。
七、实验结论1. 通过本次实验，掌握了自动控制系统的基本概念和组成；2. 掌握了自动控制系统基本分析方法；3. 熟悉了自动控制系统的实验操作步骤；4. 提高了分析实验数据、解决实际问题的能力。
自动控制控制系统的稳定性分析资料
自动控制控制系统的稳定性分析资料自动控制系统的稳定性分析是自动控制系统设计和优化的关键步骤之一、稳定性分析旨在确定系统是否稳定，即系统的输出是否在有界范围内，并且在受到干扰或参数变化时能够保持在所需的工作状态。
下面将从稳定性定义、稳定性分析方法和稳定性判据三个方面进行详细介绍，以及控制系统的稳定性分析所需的相关资料。
稳定性定义：在自动控制系统中，稳定性通常指的是当输入信号为有界信号时，输出信号也是有界信号，且系统能够在指定的性能要求下保持在所需的工作状态。
稳定性可以分为绝对稳定性和相对稳定性。
绝对稳定性要求系统输出始终有界，而相对稳定性则允许输出信号在一定范围内震荡。
稳定性分析方法：稳定性分析方法主要包括传递函数法、根轨迹法、频率响应法和状态空间法。
传递函数法适用于线性时不变系统，通过分析系统的传递函数来确定系统的稳定性。
根轨迹法是一种图形法，通过绘制系统的根轨迹图来判断系统的稳定性和动态性能。
频率响应法主要用于对线性时不变系统进行稳定性分析，通过对系统的频率响应进行分析来判断系统的稳定性。
状态空间法是基于系统的状态方程进行稳定性分析，通过分析系统的状态转移矩阵来判断系统的稳定性。
稳定性判据：稳定性判据是判断系统稳定性的重要依据，常用的稳定性判据有极点位置法、频率判据法、Lyapunov稳定性判据和Nyquist稳定性判据等。
极点位置法通过分析系统的极点位置来判断系统的稳定性，当系统极点全部位于左半平面时，系统是稳定的。
频率判据法通过分析系统的频率响应曲线来判断系统的稳定性，当系统的增益和相位条件满足一定要求时，系统是稳定的。
Lyapunov稳定性判据通过构造系统的Lyapunov函数来判断系统的稳定性，当Lyapunov函数的导数小于等于零时，系统是稳定的。
Nyquist稳定性判据则是通过分析系统的传递函数的频率响应曲线上单位圆的绕点数来判断系统的稳定性，当绕点数为负数时，系统是稳定的。
稳定性分析资料：进行自动控制系统的稳定性分析需要掌握系统的数学模型和控制方法，因此相关的资料和文献是非常重要的资源。
自动控制系统的稳定性分析与设计
自动控制系统的稳定性分析与设计自动控制系统是现代工程中广泛应用的一种技术手段，它能够根据外部输入信号实现对被控对象的精确控制。
然而，在实际应用中，系统的稳定性是保证系统正常运行的关键。
本文将对自动控制系统的稳定性进行分析，并提出相应的设计方法。
一、稳定性分析稳定性是指当自动控制系统在受到外界扰动或参数变化的情况下，系统能够恢复到原始状态或者达到新的稳定状态的能力。
常见的稳定性分析方法有：1. 传递函数法传递函数是描述线性时不变系统的输入与输出之间关系的数学方法。
通过对传递函数进行分析，可以得到系统的特征根，从而判断系统的稳定性。
一般情况下，当系统的传递函数特征根的实部小于零时，系统是稳定的。
2. 根轨迹法根轨迹法是通过绘制系统传递函数特征根随参数变化的轨迹，来分析系统的稳定性。
根轨迹在复平面上的分布形状能够直观地反映系统稳定性的情况。
一般情况下，当根轨迹不经过右半平面时，系统是稳定的。
3. 频域法频域法是通过对系统的频率响应进行分析，来判断系统的稳定性。
常见的频域分析方法有Nyquist稳定性判据和Bode稳定性判据等。
这些方法能够将系统稳定性判据与频率特性相结合，更加直观地分析系统的稳定性。
二、稳定性设计在稳定性分析的基础上，我们可以针对不稳定的系统进行稳定性设计，以保证系统的正常运行。
常见的稳定性设计方法有：1. 控制增益法通过调整系统的控制增益，可以改变系统的特征根从而影响系统的稳定性。
一般情况下，增大控制增益会使系统更加不稳定，而减小控制增益会使系统更加稳定。
通过适当选择控制增益的大小，可以实现系统的稳定控制。
2. PID控制器设计PID控制器是一种常用的控制器设计方法，通过比例、积分和微分三个部分的组合来控制系统。
在稳定性设计中，可以通过调整PID控制器中的参数，如比例系数、积分时间和微分时间等，来实现对系统的稳定控制。
3. 状态反馈控制设计状态反馈控制是一种基于系统状态变量的反馈控制方法。
自控原理课件第6章-自动控制系统的性能分析
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小 结 自动控制系统性能的分析主要包括稳态性能 分析和动态性能分析。系统的稳态无误差 ess标 志着系统最终可能达到的控制精度，它包括跟 随稳态误差essr和扰动稳态误差essd。跟随误差与 系统的前向通路的积分环节个数 v 、开环增益 K 有关。 v 愈多； K 愈大，则系统的稳态精度愈高 。扰动稳态误差与扰动量作用点前的前向道路 的积分环节个数vl和增益Kl有关，vl 愈多，Kl愈 大，则系统的稳态精度愈高。对于随动控制系 统，主要考虑跟随稳态误差；而对于恒值控制 系统，主要考虑扰动稳态误差。
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此时，系统的稳定性和快速性都比较好。在工程上常 称取ξ=0.707的系统为“二阶最佳系统”。 以上的分析虽然是对二阶系统的，但对高阶系统，如 果能以系统的主导极点 ( 共扼极点 ) 来估算系统的性能，即 只要能将它近似成一个二阶系统，就可以用二阶系统的分 析方法和有关结论对三阶及三阶以上的高阶系统进行性能 分析。
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调整时间是从给定量作用于系统开始，到输 出量进入并保持在允许的误差带 ( 误差带是指离稳 态值c(∞)偏离 δ c (∞) 的区域)内所经历的时间。 δ 通常分为5％(要求较低)和2％ (要求较高)两种。 由于输出量c(t)通常为阻尼振荡曲线，c(t)进入 误差带的情况比较复杂，所以通常以输 出量的包络线b(t) 进入误差带来近似求取调整时间 ts。
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6.1.4 系统稳态性能综述 (1) 系统的稳态误差由跟随稳态误差和扰动稳态 误差两部分组成，它们不仅和系统的结 构、参数 有关，而且还和作用量(输入量和扰动量)的大小、 变化规律和作用点有关。 跟随稳态误差essr：系统开环传递函数中所含积 分环节个数(v)愈多，开环增益K愈大， 则系统的稳态性能愈好。 扰动稳态误差 essd ：扰动作用点前，前向通路所 含的积分环节个数 vl 愈多，作用点前的增益 Kl 愈 大．则系统抗扰稳态性能愈好。 (2) 作用量随时间变化得愈快，作用量产生的误 差也愈大。
第2章 自动控制系统分析基础
第2章 自动控制系统分析基础
数学模型为线性微分方程式的控制系统称为 线性系统。当线性微分方程式的系数是常数时，相应的 控制系统称为线性定常系统。如果系统中存在非线性特 性，则需要用非线性方程来描述，这种系统称为非线性 系统。凡是能用微分方程式描述的系统，都是连续系统。 如果系统中包含有数字计算机或数字元件，则要用差分 方程描述系统，这种系统称为离散系统。
第2章 自动控制系统分析基础
2.常用的拉氏变换法则(不作证明) 1) 线性性质 拉氏变换也遵从线性函数的叠加定理。也就
是说，若f1(t)和f2(t)的拉氏变换分别是F1(s)和F2(s)， a为常数，则有
L［af1(t)+f2(t)］=aF1(s)+F2(s)
2) 微分定理 原函数的导数的拉氏变换为
第2章 自动控制系统分析基础 1.拉氏变换的定义
如果有一个以时间t为自变量的函数f(t)，它 的定义域是t＞0，那么拉氏变换就是如下运算式：
F (s) f (t)estdt l
(2―2)
式中的s为复数。一个函数可以进行拉氏变换的充分 条件是：
(1)在t＜0时，f(t)＝0； (2)在t≥0时的任一有限区间内，f(t)是分段连续的；
上述方程式反映了输入量的增量Δx与输出 量的增量Δy之间的关系，称为增量方程。因为控制系统
总是在工作点附近进行调节控制，因此人们关心的是稳 态值附近的情况，即增量的情况，所以系统的数学模型 可用增量形式表示。由于输入输出都是用增量形式表示 的，因此Δ符号可以省略，所以原非线性方程式就简化 为在非线性方程平衡工作点附近的一个近似线性表达式 了。
第2章 自动控制系统分析基础
(3) f (t)st dt 0 在实际工程中，上述条件通常是满足的。式
电气自动控制系统分析
电气自动控制系统分析电气自动控制系统是一种用于控制和监视电气设备、机器和工艺流程的系统，它能够通过传感器和执行器实现自动化和远程控制。
电气自动控制系统广泛应用于工业生产、交通运输、建筑物管理等领域，对提高生产效率、降低能耗、保障安全生产具有重要作用。
本文将从系统架构、工作原理和应用领域等方面对电气自动控制系统进行分析。
一、系统架构电气自动控制系统通常由传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于采集被控对象的实时参数，如温度、压力、速度等，将采集到的信号转化为电信号送至控制器。
控制器根据传感器反馈的信号进行数据处理，根据预设的控制策略生成控制信号，通过执行器对被控对象进行调节。
执行器包括电机、阀门、开关等，能够根据控制信号实现对被控对象的控制。
电气自动控制系统通常还包括人机界面和通信网络，用于操作控制系统和监视被控对象的状态。
二、工作原理电气自动控制系统的工作原理是基于反馈控制的闭环控制。
传感器不断采集被控对象的参数，并将这些参数反馈给控制器进行处理。
控制器根据传感器反馈的信息与设定值进行比较，计算出误差，并据此调整控制信号，使被控对象的实际参数逐渐接近设定值。
通过反复调节执行器的控制信号，使被控对象保持在设定状态，实现控制系统对被控对象的自动调节和监控。
三、应用领域电气自动控制系统在工业自动化领域有着广泛的应用。
在制造业中，电气自动控制系统能够实现对生产设备的自动控制，提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域，电气自动控制系统能够实现对交通信号、车辆行驶路线的智能控制，提高交通运输效率和安全性。
在建筑物管理领域，电气自动控制系统能够实现对空调、照明、电梯等设备的自动控制，降低能耗，提高建筑物的舒适性和安全性。
电气自动控制系统还在能源、环保、医疗等领域有着重要的应用价值。
电气自动控制系统是一种能够实现对电气设备、机器和工艺流程的自动化控制与监测的系统，它在工业生产、交通运输、建筑物管理等领域有着广泛的应用。
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自动控制系统分析
作者：张超
来源：《现代商贸工业》2011年第15期
摘要：随着社会的进步，科学技术的发展，自动控制系统越来越多的应用到工业生产中，自动控制的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
关键词：自动控制;DCS;PLC
中图分类号：F49
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2011）15-0234-01
1 常见控制系统
1.1 DCS
1.1.1 DCS简介
DCS在国内自控行业称之为集散控制系统。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
1.1.2 DCS的结构
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。
过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。
（1）DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。
（2）过程控制站的组成：DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成。
（3）I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。
DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。
（4）I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。
CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。
1.1.3 DCS特点
高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全。
1.2 PLC
1.2.1 PLC简介
PLC即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
1.2.2 PLC的结构
（1）电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的。
（2）中央处理单元（CPU）：中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
（3）存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
1.2.3 PLC特点
可靠性高、抗干扰能力强、功能强适用面广、编程简单容易掌握、使用和维护方便。
2 实际应用
采用对原有系统扩容的方式，增加控制柜一台，通过接口模块及电缆与原PLC相连，为加强系统扩展能力同时考虑实际需求，增加输入、输出模块按最大配置，通过连接电缆与主控制柜IM361连接。
通过PLC控制实现系统的自动启停及联锁要求如下：
启动信号后：（1）延时5秒，启动原水泵，同时启动还原计量泵，打开浓水排放阀和产水排放阀，开机膜冲洗时间1分30秒，冲洗结束后关闭浓水排放阀和产水排放阀。
原水泵启动后，延时2分10秒启动高压泵，同时启动阻垢剂计量泵。
（2）延时10秒，打开进水阀。
停止顺序：
停止信号后：停止高压泵，同时停还原计量泵和阻垢计量泵，打开浓水排放阀和产水排放阀进行膜冲洗1分30秒，结束后关闭浓水排放阀和产水排放阀，同时关闭原水泵和进水阀。
同时满足联锁条件：超滤产水池液位实际值小于等于超滤产水池LL液位设定值时停止，超滤产水池液位实际值大于等于超滤产水池L液位设定值时启动。
反渗透产水箱液位实际大于等于反渗透产水箱HH液位设定值时停止，反渗透产水箱液位实际值小于等于反渗透产水箱H 液位设定值时启动。
该系统用PLC实现对水处理工艺设备及工艺过程的程控、远控及就地手动操作相结合的控制。
在运行人员操作站上可以实现自动、成组等控制方式。
完成模拟量和数字量的采集。
根据工艺和设备的需要，还可以完成闭环控制的功能。
检测仪表检测水处理工艺过程的各种参数，通过显示、报警等方式指示工艺系统运行的过程和状态，指导运行人员的操作。
3 总结
在未来，工业过程控制系统向智能化、开放性、网络化、信息化发展。
同时，DCS及PLC系统将会更加完善，更多的应用于社会生产的各个环节。