第一章控制原理拉氏变换
自动控制原理(拉氏变换)
置信号。
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§3-1控制系统的暂态响应分析
② 斜坡（匀速）输入
xr(t)
0 t0
A
xr
(t)
At
t0
0
t
相当于随动系统加入一按恒速变化的位置信号， 该恒速度为A。
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§3-1控制系统的暂态响应分析
③抛物线（匀加速）输入
xr(t)
0 t0
xr
(t
)
At2
t0
0
t
相当于随动系统加入一按恒加速度变化的位置 信号，该恒加速度为A。
tu(t)
1 s2
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例5正弦函数
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周期函数的拉普拉斯变换
可以证明:若 f (t)是周期为T 的周期函数,即
f (t T ) f (t) (t 0)
当 f (t)在一个周期上连续或分段连续时,则有
1
ℒ f (t) 1 es T
T f (t)es tdt
0
这是求周期函数拉氏变换公式
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§2-2非线性数学模型的线性化
2. 数学描述 设系统的输入为x(t),输出为y（t）， 且满足y(t)=f(x),其中f(x)为非线性函数。 设t=t0时，x=x0,y=y0为系统的稳定工作点
（x0,y0）, y(t)
y(t) f (x)
y0
x0
精品PPT
x(t)
§2-2非线性数学模型的线性化
k R.
解
ℒ
f (t)
ektest dt e(sk )t dt 1
0
0
sk
ekt 1
sk
Res k
例4
求单位斜坡函数
拉氏变换详细解读
s+a
（二）、拉氏变换的主要定理 ）、拉氏变换的主要定理 1．线性定理
L[ f1(t ) + f2 (t )] = L[ f1(t )] + L[ f2 (t )] = F1(s) + F2 (s)
L[kf (t )] = kL[ f (t )] = kF(s)
2．微分定理
df (t ) L = sF(s) − f (0+ ) dt
n −at
s 2 2 s +ω n! sn+1 n!
( s + a)
1
n+1
( s + a) ( s + b)
1 s ( s + a) ( s + b)
( s + a) ( s + b)
s
序号
−at
f(t)
F(s)
13
e sinωt e cosωt
− at
( s + a ) + ω2
2
ω
14
s + a ) + ω2 (
） 式中 f (−1) (0+ ) 为 ∫ f (t dt 在t时间坐标轴的右端 趋于零时的f 的值，相当于初始条件。 趋于零时的f(t)的值，相当于初始条件。
f (t )(dt )2 = 1 F(s) + 1 f (−1) (0+ ) + 1 f (−2) (0+ ) L ∫∫ s2 s2 s
2. 部分分式展开法 (利用逆变化的线性原理)
控制工程中，象函数F(s)通常可以表示有理分式形式 控制工程中，
B(s) bm sm + bm−1sm−1 + bm−2 sm−2 +⋅⋅⋅⋅⋅⋅ +b1s + b0 F(s) = = A(s) an sn + an−1sn−1 + an−2 sn−2 +⋅⋅⋅⋅⋅⋅ +a1s + a0
自动控制原理_第一章
（b）只有有限个极值点。 满足狄利赫里条件的函数 fT (t ) 在 叶级数。
T T ， 2 2
上可展成傅里
在 fT (t ) 的连续点处，级数的三角形式为
a0 fT (t ) (an cos n0t bn sin n0t ) 2 n 1
（1－1）
其中：0
《现代控制工程》（第四版）
E-mail: goulinfeng @
第一章 概 论
主要问题：
（1） 自动控制系统的基本概念
（2） 自动控制系统的分类
（3） 自动控制系统的性能指标
（4） 拉普拉斯变换简介
（5） 典型输入信号
一、自动控制系统的基本概念
瓦特(James Watt)
2
3s 4 2 3s 2 4 s 2 y( s) 2 2 s 3s 2 s ( s 3s 2) s ( s 1)( s 2) 1 1 3 s s 1 s 2
y (t ) L [ y( s)] 1 e 3e
1
t
d 2 y (t ) dy (t ) x(t ) 2, 3 2 y (t ) x(t ), 例1: 2 dt dt y(0) 5 y(0) 3, 求响应 y (t )
解：对方程两边做拉氏变换：
2 s y( s) sy(0) y(0) 3[sy (s) y (0)] 2 y (s) s y(0) 5 可得: 代入 y(0) 3,
3 傅立叶变换：
e jx e jx e jx e jx 利用欧拉公式：cos x , sin x 2 2j
代入式（1-1）可得可积周期函数连续点处的傅里叶三角级 数表达式 化简后： fT (t ) 其中
拉氏变换
控制原理补充讲义——拉氏变换拉氏变换是控制工程中的一个基本数学方法，其优点是能将时间函数的导数经拉氏变换后，变成复变量S的乘积，将时间表示的微分方程，变成以S表示的代数方程。
一、拉氏变换与拉氏及变换的定义1、拉氏变换：设有时间函数，其中，则f(t)的拉氏变换记作：称L—拉氏变换符号；s-复变量； F(s)—为f(t)的拉氏变换函数，称为象函数。
f(t)—原函数拉氏变换存在，f(t)必须满足两个条件(狄里赫利条件)：1)在任何一有限区间内，f(t)分断连续，只有有限个间断点。
2)当时，，M，a为实常数。
2、拉氏反变换：将象函数F（s）变换成与之相对应的原函数f(t)的过程。
—拉氏反变换符号关于拉氏及变换的计算方法，常用的有：①查拉氏变换表；②部分分式展开法。
二、典型时间函数的拉氏变换在控制系统分析中，对系统进行分析所需的输入信号常可化简成一个或几个简单的信号，这些信号可用一些典型时间函数来表示，本节要介绍一些典型函数的拉氏变换。
注意：六大性质一定要记住1．单位阶跃函数2．单位脉冲函数3．单位斜坡函数4．指数函数5．正弦函数sinwt由欧拉公式：所以，6．余弦函数coswt其它的可见下表：拉氏变换对照表 序号 F(s) f(t) 序号 F(s) f(t)11 1121(t) 123t13414511+Ts Tte T-1 156)(1a s s +ate --1167)1(1+Ts sTt e--117)1sin(122ϕξωξωξω----t e n t nn8189191020三、拉氏变换的性质1、线性性质若有常数k1，k2,函数f1(t),f2(t),且f1(t),f2(t)的拉氏变换为F1(s),F2(s),则有：，此式可由定义证明。
2、位移定理(1)实数域的位移定理若f(t)的拉氏变换为F(s),则对任一正实数a有,其中，当t<0时，f(t)=0，f(t-a)表示f(t)延迟时间a.证明：，令t-a=τ,则有上式=例：求其拉氏变换(2)复数域的位移定理若f(t)的拉氏变换为F(s),对于任一常数a,有证：例：求的拉氏变换3、微分定理设f(t)的拉氏变换为F(s),则其中f(0+)是由正向使的f(t)值。
自动控制原理课程教案-附录1-拉普拉斯变换复习课程
自动控制原理课程教案-附录1-拉普拉斯变换附录1. 拉普拉斯变换附录1.1拉氏变换的定义如果有一个以时间为变量的函数()f t ，它的定义域是0t >，那么拉氏变换就是如下运算式()()st t F s f t e dt ∞=⎰ A-1式中s 为复数。
一个函数可以进行拉氏变换的充分条件是 （1） 在0t <时，()0f t =；（2） 在0t ≥时的任一有限区域内，()f t 是分段连续的； （3） 0()st f t e dt ∞<∞⎰在实际工程中，上述条件通常是满足的。
式A-1中，()F s 成为像函数，()f t 成为原函数。
为了表述方便，通常把式A-1记作()[()]F s L f t =如果已知象函数()F s ，可用下式求出原函数1()()2c j st c j f t F s e ds j π+∞-∞=⎰ （A-2）式中c 为实数，并且大于()F s 任意奇点的实数部分，此式称为拉氏变换的反变换。
同样，为了表述方便，可以记作1()[()]f t L F s -=为了工程应用方便，常把()F s 和()f t 的对应关系编成表格，就是一般所说的拉氏变换表。
表A-1列出了最常用的几种拉氏变换关系。
一些常用函数的拉氏变换附录1.1.1单位阶跃函数的拉氏变换这一函数的定义为0, 0()0, 0t u t t <⎧=⎨>⎩它表示0t =时，突然作用于系统的一个不变的给定量或扰动量，如图3-1所示。
单位阶跃函数的拉氏变换为0011()[]st st F s e dt e s s∞--∞==-=⎰ 在进行这个积分时，假设s 的实部比零大，即Re[]0s >，因此lim 0st t e -→∞→附录1.1.2 单位脉冲函数的拉氏变换单位脉冲函数也是作为自动控制系统常用的标准输入量。
它是在持续时间0ε→期间内作用的矩形波，其幅值与作用时间的乘积等于1，如图3-3所示。
拉氏变换
拉普拉斯变换拉普拉斯变换简称拉氏变换。
它是一种函数的变换，经变换后，可将时域的微分方程变换成复数域的代数方程。
并且在变换的同时，即将初始条件引入，避免了经典解法中求积分常数的麻烦，可使解题过程大为简化。
因此，对于那些以时间t 为自变量的定常线性微分方程来说，拉氏变换求解法是非常有用的。
在经典自动控制理论中，自动控制的数学模型是建立在传递函数基础之上的，而传递函数的概念又是建立在拉氏变换的基础上，因此，拉氏变换是经典控制理论的重要数学基础，是分析研究线性动态系统的有力数学工具。
本章着重介绍拉氏变换的定义，一些常用时间函数的拉氏变换，拉氏变换的性质以及拉氏反变换的方法。
最后，介绍用拉氏变换解微分方程的方法。
在学习中应注重该数学方法的应用，为后续章节的学习奠定基础。
2.1拉氏变换2.1.1拉氏变换的定义若()f t 为实变量时间t 的函数,且0t <时，函数()0f t =，则函数()f t 的拉氏变换记作[()]f t L 或)(s F ，并定义为：[()]()()e dL stf t F s f t t +∞-==⎰（2.1） 式中s j σω=+为复变量，()F s 称为()f t 的象函数，称()f t 为()F s 的原函数。
原函数是实变量t 的函数，象函数是复变量s 的函数。
所以拉氏变换是将原来的实变量函数()f t 转化为复变量函数()F s 的一种积分运算。
在本书中，将用大写字母表示相对应的小写字母所代表的函数的拉氏变换。
必e 1[1()]1e d L st stt t ss+∞-+∞-=⋅=-=⎰(2.2) 在自动控制系统中，单位阶跃函数相当于一个实加作用信号，如开关的闭合（或断开），加（减）负载等。
⑵单位脉冲函数单位脉冲函数如图2.2所示。
其定义为()0t t t δ∞=⎧=⎨≠⎩ 同时，()d 1t t δ+∞=⎰，即脉冲面积为1。
而且有如下特性：()()d (0)t f t t f δ+∞-∞⋅=⎰(0)f 为()f t 在0t =时刻的函数值。
自动控制原理拉氏变换
s
δ(t )
d [
ε(t )]
S
1
1
dt
S
df (t) dt
sF (s)
f
(0 )
3.积分性质
重点！
设： [ f (t)] F(s)
则：
t
1
[ 0
f
(t)dt]
F(s) s
证：令
t
[ 0
f
(t)dt]
φ(s)
[ f (t)]
dt
F(s) K - Ke-t
K K Ka s s a s(s a)
2. 微分性质
若： f (t) F(S) udv uv vdu
则
df ( t dt
)
sF ( s )
f
(0 )
重点！
证：
df ( t dt
例13-8
求：F(s)
s2
1 (s 1)3
的原函数f
(t)
解
F(s)
K22 s
K21 s2
K13 (s 1)
K12 (s 1)2
K11 (s 1)3
以(s+1)3乘以F（s）
(s
1)3
F (s)
1 s2
1
K11 s2 s1 1
K12
d ds
1 s2
s1
注 f (t t0) 0 当 t t0
证：
f(t - t0 )
0
f (t t0 )estdt
拉氏变换详细解读
φ = arctan
1− 1 1−ζ
2
ζ
e−ζωnt sin ωn 1 − ζ 2 t + φ 1−ζ 2
(
18
φ = arctan
2 ωn 2 s ( s2 + 2ζωn s + ωn )
ζ
根据表格直接写出结果
L [δ (t )] = 1, L e
− at
1 L [1(t )] = , s
ω s L [sin ωt ] = 2 , L [ cos ωt ] = 2 2 2 s +ω s +ω
e sinωt →
−at
1 = s+a,
1 L [t ] = 2 s 1 at L e = s−a
s + a ) + ω2 (
2
ω
e cosωt →
−at
s + a ) + ω2 (
3
2
5s3Y (s) + 6s2Y (s) + sY (s) + 2Y (s) = 4sX(s) + X(s) (5s3 + 6s2 + s + 2)Y (s) = (4s + 1) X(s)
Y (s) 4s + 1 = 3 X (s) 5s + 6s2 + s + 2
3.积分定理 积分定理
f (t )dt = 1 F(s) + 1 f (−1) (0+ ) L ∫ s s
2. 部分分式展开法 (利用逆变化的线性原理)
控制工程中，象函数F(s)通常可以表示有理分式形式 控制工程中，
B(s) bm sm + bm−1sm−1 + bm−2 sm−2 +⋅⋅⋅⋅⋅⋅ +b1s + b0 F(s) = = A(s) an sn + an−1sn−1 + an−2 sn−2 +⋅⋅⋅⋅⋅⋅ +a1s + a0
基于拉氏变换的自动控制原理介绍
经 拉 氏变 换 ： “ （ ｓ ）：
ｚ （ ｓ ） 。
（ ３ ） 放 大器 求 解 过程 。通 过放 大 器 ， 偏 移 电压 被 放 大 一 定 倍 数 。ｕ＝ｋ ， ， 经 拉 氏变 换 ： （ ｓ ） ＝ ． （ ｓ ） 。 （ ４ ） 电 动机 求 解 过程 。通 过 电 动 机 ， 偏 移 电压 转 化 为 电 动 机和绳轮 的转 动偏角 ， 进而转化为 门上升与下降 的高度 。对于 电动机来说 ， 绳轮 的转 动与 大 门的升 降是 造成 负载转 矩 的主 要原 ） ， 偏移电压计算 ： ＝
图１ 大 门 自动 开 闭原 理 分 析 图 ［ ］
ｚ ，
（ ３ ） 该控制 系 统 的组 成 。控 制 器 ： 桥式电路、 开关、 放 大 器、 电动机 、 绳轮 ； 被控对 象 ： 仓 库大 门 ； 希 望值 ： 仓 库 大 门 的 希 望位置 ； 测量值 ： 仓 库大门的实际位 置； 被 控量 ： 仓 库 大 门位 置 。 （ ４ ） 该 控 制 系 统 原 理 框 图
◎艺 科 论 坛 ◎
基 于 拉 氏 变 换 的 自动 控 制 原 理 介 绍
段 宇
（ 西北工业大学 ， 陕西 西安
摘 要： 本 文 通 过 分 析 生 活 中 常 见 的 大 门 开 闭 控 制 系统 ， 建立数学模型进 行 求解 ， 并 最 终 实现 控 制 的 过 程 介 绍 自动 控
２ 大 门开 闭 系统 分 析 （ １ ） 基 本 工 作 原 理 。 当将 开 门 开 关 闭 合 时 ， 在 放大 器输入 端 得 到 了 正 的 偏 差 电压 ， 经过放 大器放 大之 后 ， 输 入给 电动机 使 电动 机 正转 ， 从 而 拖 动 绳 轮 按 照 从 左 向 右 所 视 方 向 的逆 时
自动控制原理第一讲_拉氏变换
第一讲 拉普拉斯变换及其应用1.1基本要求1,熟悉拉氏变换的基本法则2,熟练掌握典型函数的拉氏变换式。
3,掌握用拉氏变换求解微分方程初值问题的思路。
4,熟练掌握求有理分式函数拉氏反变换的方法 1.2.重点讲解1, 对于学习本课程而言，广义积分式(拉氏变换的定义)的收敛性以及复变量主值积分式(反变换定义式)的计算，与正确地熟练地运用拉氏变换的基本法则相比不是主要的，因为在工程计算中可以用查表的方式来完成拉氏变换和拉氏反变换的计算。
而拉氏变换的基本法则的运用则直接关系到是否真正掌握这种变换的工具。
2,拉氏变换的线性性质源自定积分的线性性质，这说明作为一种变换关系，拉氏变换是线性变换。
应当指出线性关系并非所有变换都具有的性质，例如以十为底的对数可以看成正半数轴到数轴的变换关系，但关系式g()g g l a b l a l b +≠+说明取对数的运算显然不满足线性关系。
3, 为了保证拉氏变换的一一对应关系，总假定拉氏变换的定义式中的原函数()f t 在t 时为零。
即原函数应写成0<()1()f t t ⋅,根据单位阶跃函数1(t)的定义，这里()1()f t ⋅t 为()0()1()00f t t f t t t > ⋅=<下面给出()f t 、()1()f t t ⋅、、0()1()f t t t ⋅−00()1(f t t t t )−⋅−、0(f t t )−的函数关系，以说明通常所说“将()f t 延迟t ” 的正确表示。
显然应当是图1-1中的(d) ，不是(c)或(e) 0()1()f t t ⋅0()1()f t t t ⋅−00()1()f t t t t −⋅− (d)(c)(b) (a) (e)图1-1 将()f t 延迟t基于上述认识，就能正确表达图形和用延迟定理求出某些图形的拉氏变换式。
例题1-2图1-2 波形图求图1-2中的波形的拉氏变换。
解 图1-2中的波形可以看成、()1()t t ⋅001(t t t t )−⋅−、t t 01()t 0⋅−这三个信号的代数和，读者可画出这三个信号的波形图以验证下式的正确性。
自动控制原理第一章第四节
t 1 [t U (t T0 )dt] T0 Ti
t t T0 : c(t ) Ti
T0 t T0 : c(t ) Ti
响应随时间线性增长，当输入突然消失，积分停止，输 出维持不变，故积分环节具有记忆功能。
14
例：用集成运放构成的反相积分器（积分环节）
U 0 ( s) 1 1 传递函数为： G( s ) U i ( s) RCs Ti s
0
t
其传递函数：G ( s ) C ( s ) 1 积分环节的单位阶跃响应为：
Ti s
Ti为积分时间常数
1 C (t ) t Ti
13
积分环节具有记忆功能 （举例说明）
1 c(t ) Ti 1 Ti
t 0
r (t )dt
0 0
t
[U (t ) U (t T )]dt
典型二阶环节的动态方程为：
其传递函数 ：
d 2 c( t ) dc( t ) 2 T 2T c( t ) Kr ( t ) 2 dt dt
C ( s) K K /T2 G( s ) 2 2 2 R( s ) T s 2Ts 1 s 2s / T 1 / T 2
U a ( s ) Ea ( s ) Ra ( s ) La s E a ( s ) ce Ω( s ) M D ( s) cM Ia ( s) M D - M L ( s) ( s ) Js Ia ( s)
34
将输入Ua(s)放在左端，输出Ω (s)放在图形右端， 将同一变量的信号线连接起来，得系统方框图如图 所示。
（Ti = RC）
15
4.
微分环节
复习拉氏变换知识
s+3 2+ j = s → −1 + j (s + 1 − j)(s + 1 + j) 2j s+3 2− i C 2 = lim (s + 1 + j) = s → −1− j (s + 1 − j)(s + 1 + j) − 2 j
2 + j ( −1+ j ) t 2 − j ( −1− j ) t = 1 e − t ( 2 + j )e jt − ( 2 − j )e − jt f(t) = e e − 2j 2j 2j 1 −t e ⋅ j[2 cos t + 4 sin t ] = e − t ⋅ [cos t + 2 sin t ] = 2j s+1 1 s +1+ 2 s+3 = +2 = F(s) = 解二： 解二： 2 2 (s + 1 )2 + 12 (s + 1 )2 + 12 (s + 1 )2 + 12 (s + 1 ) + 1
11） 复习拉普拉斯变换有关内容（11）
用拉氏变换方法解微分方程
系统微分方程
y′′( t ) + a1 ⋅ y′( t ) + a2 ⋅ y( t ) = 1( t )
y(0) = y′(0) = 0
L变换 变换
1 Y ( s) = s( s 2 + a1 s + a 2 )
L-1变换
1 ( s + a1 s + a 2 ) ⋅ Y ( s ) = s
2 常见函数的拉氏变换
1 t ≥ 0 （1）阶跃函数 f ( t ) = 0 t < 0 ∞ − 1 − st ∞ − 1 (0 − 1) = 1 L[1(t )] = ∫ 1 ⋅ e − st dt = e 0 = s s s 0
拉氏变换.doc
控制原理补充讲义——拉氏变换拉氏变换是控制工程中的一个基本数学方法，其优点是能将时间函数的导数经拉氏变换后，变成复变量S的乘积，将时间表示的微分方程，变成以S表示的代数方程。
一、拉氏变换与拉氏及变换的定义1、拉氏变换：设有时间函数，其中，则f(t)的拉氏变换记作：称L—拉氏变换符号；s-复变量； F(s)—为f(t)的拉氏变换函数，称为象函数。
f(t)—原函数拉氏变换存在，f(t)必须满足两个条件(狄里赫利条件)：1)在任何一有限区间内，f(t)分断连续，只有有限个间断点。
2)当时，，M，a为实常数。
2、拉氏反变换：将象函数F（s）变换成与之相对应的原函数f(t)的过程。
—拉氏反变换符号关于拉氏及变换的计算方法，常用的有：①查拉氏变换表；②部分分式展开法。
二、典型时间函数的拉氏变换在控制系统分析中，对系统进行分析所需的输入信号常可化简成一个或几个简单的信号，这些信号可用一些典型时间函数来表示，本节要介绍一些典型函数的拉氏变换。
注意：六大性质一定要记住1．单位阶跃函数2．单位脉冲函数3．单位斜坡函数4．指数函数5．正弦函数sinwt由欧拉公式：所以，6．余弦函数coswt其它的可见下表：拉氏变换对照表)1sin(122ϕξωξωξω----t e n t nn三、拉氏变换的性质1、线性性质若有常数k1，k2,函数f1(t),f2(t),且f1(t),f2(t)的拉氏变换为F1(s),F2(s), 则有：，此式可由定义证明。
2、位移定理(1)实数域的位移定理若f(t)的拉氏变换为F(s),则对任一正实数a有,其中，当t<0时，f(t)=0，f(t-a)表示f(t)延迟时间a.证明：，令t-a=τ,则有上式=例：求其拉氏变换(2)复数域的位移定理若f(t)的拉氏变换为F(s),对于任一常数a,有证：例：求的拉氏变换3、微分定理设f(t)的拉氏变换为F(s),则其中f(0+)是由正向使的f(t)值。
(完整版)自动控制原理知识点汇总
自动控制原理总结第一章绪论技术术语1.被控对象 :是指要务实现自动控制的机器、设施或生产过程。
2.被控量：表征被控对象工作状态的物理参量 (或状态参量 )，如转速、压力、温度、电压、位移等。
3.控制器：又称调理器、控制装置，由控制元件构成，它接受指令信号，输出控制作用信号于被控对象。
4.给定值或指令信号 r(t) ：要求控制系统按必定规律变化的信号，是系统的输入信号。
5.扰乱信号 n(t) ：又称扰动值，是一种对系统的被控量起损坏作用的信号。
6.反应信号 b(t) ：是指被控量经丈量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。
7.偏差信号 e(t)：是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反应信号的差值。
闭环控制的主要长处：控制精度高，抗扰乱能力强。
弊端：使用的元件多，线路复杂，系统的剖析和设计都比较麻烦。
对控制系统的性能要求:稳固性迅速性正确性稳固性和迅速性反应了系统的过渡过程的性能。
正确性是权衡系统稳态精度的指标，反应了动向过程后期的性能。
第二章控制系统的数学模型拉氏变换的定义:F ( s) f ( t )e- st d t几种典型函数的拉氏变换1.单位阶跃函数1(t)2.单位斜坡函数3.等加快函数4.指数函数e-at5.正弦函数sin ωt6.余弦函数cos ωt7.单位脉冲函数 (δ函数 )拉氏变换的基本法例1.线性法例2.微分法例3.积分法例Lf ( t )d t1F ( s )s4.终值定理e( ) lim e( t ) lim sE ( s)ts 05.位移定理L f (t)e 0 s F(s)Le atf ( t )F ( s a )传达函数： 线性定常系统在零初始条件下， 输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 称为系统 (或元零件 )的传达函数。
动向构造图及其等效变换1.串连变换法例2.并联变换法例3.反应变换法例4.比较点前移“加倒数”；比较点后移“加自己”。
5.引出点前移“加自己”；引出点后移“加倒数” 梅森（ S. J. Mason ）公式求传达函数典型环节的传达函数 1.比率 (放大 )环节 2.积分环节 3.惯性环节 4.一阶微分环节 5.振荡环节G ( s)12 s 22 Ts 1T C ( s ) ＝ 1 n6.二阶微分环节( s )P k kR ( s )k 1第三章时域剖析法二阶系统剖析2nKJF2nJ2 n(完整版)自动控制原理知识点汇总二阶系统的单位阶跃响应1.过阻尼 ξ>1 的状况 ：系统闭环特色方程有两个不相等的负实根。
拉氏变换
e t cos t 4 sint
求
X ( s)
s3 s 2 2s 2
的原函数 x(t)。
解：s2 + 2s + 2 = (s+1)2 + 1 = (s +1 + j)(s +1 j)
时，原函数的另一种求法。
X(s)
X(s)
x(t)
（2） D(s) = 0有重根。设有r个重根 p1 ，则
1 t 3 2 1 3t x (t ) e (t ) e 2 2 3 12
2.4.1. 线性常系数微分方程的求解 r ( t)
微分方程式
c(t)
求解微分方程式
时域解c(t)
L
R(s) s的代数方程 C(s)
求解代数方程
L-1
s域解C(s)
用微分方程求解，需确定积分常数，阶次高时麻烦；当参数或结构变化时， 需重新列方程求解，不利于分析系统参数变化对性能的影响。 用拉氏变换求解微分方程的一般步骤： 1)对微分方程两边进行拉氏变换。 2)求解代数方程，得到微分方程在s 域的解。 3)求s 域解的拉氏反变换，即得微分方程的解。
X ( s) ( s 1)
2
s1
s
s3
1 c4 lims 3 X ( s ) s 3 12
1 c1 lims 1 X ( s ) s 1 2
2
2 c3 limsX ( s ) s0 3
c2 lim
d 3 2 s 1 X ( s) s 1 ds 4
4 j c1 lim s 1 j X ( s ) s 1 j 2j 4 j c2 lim s 1 j X ( s ) s 1 j 2j
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例：求 的拉氏逆变换
解：F(s)中含有复数根，F(s)部分分式展开为
例2：方波信号的函数表达
3、复域中的位移定理：
例3：
例4：
4、微分性质：
若
例5：
已知 写出Y(s)表达式
５、积分性质：
６、初值定理：
７、终值定理：
练习：
１、求L氏变换
２、求
第二节拉氏逆变换
一、逆变换表达式
二、部分分式展开求逆变换
（1）
1、无重根形式
若 的根无重根，（1）式可展开为
在确定了分式的mi后，可根据 得出
3、系统性能分析。包括系统的稳定性分析；稳态误差分析；时间响应分析；系统能控性及能观测性分析。
4、系统综合。
5、Matlab软件及其在控制系统辅助设计中的应用。
三、学习本课程的目的
1、掌握自动控制系统的工作原理。
2、建立系统动态特性的概念。
3、掌握控制系统的设计及分析的方法。
4、为后续课程打下基础。（信号与系统、传感器、精密测量等）
2、基本结构：
二、系统的分类
1、按有无反馈分类：开环，闭环。
2、按系统组成元件分类：机械控制系统，电气控制系统，机电控制系统。
3、按输出的形式分类：恒值控制系统，伺服控制系统，程序控制系统。
第四节对控制系统的要求
一、稳定性：稳定性是反馈控制系统的首要问题，从系统的响应看，系统是否稳定，也就是说系统的输出能否跟随系统的输入，如果能跟随系统的输入，系统是稳定的，否则系统不稳定。
系统根据偏差信号的大小和方向对输出的调节，其目的是消除偏差。
（2）数控伺服系统
数控伺服系统是较典型的计算机控制系统。目前计算机控制数控伺服系统有无反馈和有反馈两种形式，其中，有反馈的又包括半闭环和全闭环。如图所示系统为全闭环系统。
组成
工作过程
2、开环和闭环
（1）开环：开环控制系统信号是单一流向的，其特点为：
例：已知 ，求其逆变换。
解：F(s)为无重根形式
例：已知 ，求其逆变换。
解：
2、F(s)有重根的形式
若 的根有重根，（1）式可展开为
例：求拉氏逆变换
3、含有复数根的情况：
若 的根含有复数根，为共轭复数根。令a1、a2为一对共轭复数根，（1）式可展开为
mi无重根部分分子确定方法与前述无重根形式的方法相同，复数根部分分子多项式系数a、b确定方法为：
第一章概述
第一节课程内容概述
一、控制理论的组成
1、经典控制论：针对单输入——单输出系统；拉氏变换；线性系统。
2、现代控制论：多输入——多输出系统；状态空间法；线性及非线性系统。
离散系统的设计、分析、系统优化、系统智能化控制。
二、授课内容
1、控制系统的工作原理、系统组成、系统分类；
2、系统数学模型的建立。包括微分方程、传递函数、频率特性、状态空间表达式。
两者工作过程相比较，不难发现，其过程都需要将当前的温度与要达到的目标温度相比较，再根据比较的结果决定调节的过程，这一过程就是反馈（feedback）过程。所以控制是基于反馈实现的。无论人工控制，还是自动控制都是如此。
自动控制系统的工作原理：系统的输出能返回系统的输入，与输入相比较，得到具有大小和方向的偏差信号，根据偏差信号的大小和方向对系统的输出进行调节。
二、准确性：控制精度指标。以稳态误差的大小衡量其控制精度。
三、快速性：衡量系统从一状态到另一状态所需的时间。
第二章拉普拉斯变换
第一节拉普拉斯变换
一、定义：
二、典型信号的拉氏变换
1、阶跃信号：
2、脉冲信号：
3、斜坡信号：
4、抛物线信号：
5、正弦、余弦信号：
三、性质：
1线性性质：
例1：
2时域中的位移定理：
20统的工作原理
一、系统工作原理
1、举例
（1）恒温控制系统(control system)
系统如图所示
系统组成：恒压源，热电偶，放大转换元件，电动机，减速器，分压器，热阻丝。
系统工作过程：
与人工控制的比较：
人工控制：观察，比较，调节。
自动控制：检测，比较，调节。
输入输出
无检测、无反馈、系统的控制精度取决于系统组成元件的精度。
系统结构简单，易维护，造价低。
无稳定性问题。
（2）闭环：闭环控制系统的信号是封闭的，其特点为：
有检测，有反馈，系统的控制精度高。
系统结构复杂，不易维护，造价高。
存在稳定性问题。
第三节系统的组成及分类
一、系统的组成
1、组成：给定元件，比较元件，检测反馈元件，放大转换元件，执行元件，控制对象，校正元件，辅助元件。