胡寿松自动控制原理第五版(精)

表
ε s2 2ε +8 7ε
s1 -8(2 +8) -7ε 2
2 劳思行列第一列不动 3 次对角线减主对角线 4 每两行个数相等
s0 7ε
5 分母总是上一行第一个元素
6 一行可同乘以或同除以某正数
7 第一列出现零元素时，
ε 用正无穷小量 代替。 27
劳思判据
系统稳定的必要条件: 特征方程各项系数
均大于零!
C(s) R(s)
=
∑Pk△k △
△= 1 - ∑La + ∑LbLc -∑LdLeLf+…
其中:
— ∑La 所有单独回路增益之和
∑LbLc—所有两两互不接触回路增益乘积之和
∑LdLeLf—所有三个互不接触回路增益乘积之和
Pk—从R(s)到C(s)的第k条前向通路传递函数
△k称为第k条前向通路的余子式
h(2TT)=0.865h(∞) h(3T)=0.95h(∞) h(4T)=0.982h(∞)
问应
1 、3个图各如何求T？
3 、r(t)=vt时，ess?=？
2 、调节时间ts=？
4、求导关系
24
二阶系统单位
阶跃响应定性分析 Φ(s)=
ωn2 s2+2ωns+ωn2 2
j
- ＞1
1
= S1,2 T2
有正有负一定不稳定! 缺项一定不稳定!
-s2-5s-6=0稳定吗？
系统稳定的充分条件:
劳思表第一列元素不变号!
若变号系统不稳定!
变号的次数为特征根在s右半平面的个数!
28
劳思表出现零行
设系统特征方程为： ① 有大小相等符号相反的
s4+5s3+7s2+5s+6=0
特征根时会出现零行
劳 s4 1 7 6
信号流图
e
g
R(s) 1
a
b
c
d
C(s)
f
h
前向通路两条
四个单独回路，两个回路互不接触
C(s) R(s)
=
abc d + e d (1 – b g) 1 – af – b g – ch– eh g f +af ch
19
第三章 线性系统的时域分析法
3-1 时域性能指标 3-2 一阶系统时域分析 3-3 二阶系统时域分析 3-4 稳定性分析 3-6 稳态误差计算
P1=G1G2G3
P2= G4G3
L1= –G1 H1 L2= – G3 H3 L3= – G1G2G3H3H1 L4= – G4G3
L5 = – G1G2G3 L1L2= (–G1H1) (–G3H3) = G1G3H1H3
L1L4=(–G1H1)(–G4G3)=G1G3G4H1
17
G3(s)
梅逊公式求E(s)
引出点移动
G1
H2 G2
H1
请你写出结果,行吗？
H2
G1
G2
H1
G3
G4
H3
1 G4
G3 a G4 b
H3
13
综合点移动 G3 G1
向同无类用移功动
G2
错！
G2
H1
G3
G1
G2
G1 H1
14
G4
作用分解
G1
G2
G3
H1
G4
G1
G2
H3 G3
H1
H3
H1
H3
15
梅逊公式介绍 R-C : △称为系统特征式
② 由零行的上一行构成 辅助方程:
s3 51 51
思 s2 61 61
s2+1=0
对其求导得零行系数: 2s1
表 s1 02
继续计算劳斯表
s0 1
劳斯表出现零行
1 2
出劳系现斯统零表一何行定时怎会么不出办稳现?定零行?
第一列全大于零,所以系统稳定
③ 解辅助错方啦程得!!对! 称根:
s1,2=±j
由综合除法可得另两
3 如何求对称的根?
个根为s3,4=
-2,-3 29
误差定义
R(s) E(s) G(s) C(s) R(s) E(s) G(s) C(s)
B(s)
H(s)
C(s)
输入端定义：
E(s)=R(s)-B(s)=R(s)-C(s)H(s)
R(s)
输出端定义：
Eˊ (s)=C希-C实=
R(s) H(s)
-C(s)
• 课件35要强调是1+，不能是1-，分子分母中的因子s的 系数为1，不能为-1，K*不能为负。
• 课件41先回顾180o根轨迹的模值方程和相角方程，然后
再介绍零度根轨迹的模值方程和相角方程。
4
说明5
• 课件44~63为第五章内容
• 课件44要说明几个问题：1.给一个稳定的系统输 入一个正弦，其稳态输出才是正弦，幅值改变相 角改变；2.不稳定的系统输出震荡发散，该振荡 频率与输入正弦的频率有无关系？3.不稳定的系 统输入改为阶跃时，其输出曲线类似，此时用运 动模态来解释。
HHH2(22s(()ss)) H3(s)
Байду номын сангаас
HHH3(33s(()ss))
C(s)
R(s)
E(S) P1=H–P1(Gs1)=2H13 △△1=11=+1G2HH22(s)P1△1= ?
E(s)= R(s)[ (1+G2H2) +(- G3G2H3) ] +(–G2H3) N(s)
1 - G1H1 + G2H2 + G1G2H3 -G1H1G2 H2 18
k Ts+1
, T 时间常数
(画图时取k=1,T=0.5)
k(t)=
1 T
e-
t T
h(t)=1-e-t/T
c(t)=t-T+Te-t/T
r(t)= δ(t) 单
位 单 位单 位 脉 斜阶 冲 坡 响跃 响 响应应
r(t)= 1(t)
r(t)= t
k(0)=
1 T
K’(0)=
1 T2
h’(0)=1/T h(T)=0.632h(∞)
• 课件45中的省略号内容为：输入初始角不为零时 如何处理，输入为余弦时没必要改为正弦。
• 课件57种的几点说明内容为：1. 增加k 值曲线上
下平移，2. 取不同的值时，修正值不同，详细情
况参考课件57。
5
第一章 自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
1
说明2
• 课件3 ~6为第一章的内容。制作目的是节省画图 时间，便于教师讲解。
• 课件6要强调串联并联反馈的特征，在此之前要 交待相邻综合点与相邻引出点的等效变换。
• 课件7中的省略号部分是反过来说，如‘合并的 综合点可以分开’等。最后一条特别要讲清楚， 这是最容易出错的地方！
• 课件10先要讲清H1和H3的双重作用，再讲分解就 很自然了。
6
飞机示意图
给定电位器
反馈电位器
给 θ0 定
装 置
飞机方块图 扰动
放 大
舵 机
器
反馈电 位器
垂直 陀螺仪
飞 θc 机
俯仰角控制系统方块图
8
液位控制系统
控制器
Q1
浮子
c
用水开关
Q2
电位器
减速器
电动机
SM
if
9
第二章 控制系统的数学模型
2-1 时域数学模型 2-2 复域数学模型 2-3 结构图与信号流图
ess=
A
k lim
s→0
s2·
k sν
31
a
取不同的ν 稳态误差
静态误差系数
R·1(t) V·t At2/2 R·1(t) V·t At2/2
R
0型 1+ k
∞∞
k 00
Ⅰ型 0
V
k
∞
∞
k0
Ⅱ型 0
0
A
k
∞ ∞k
小erss(=结t)=1R：+·1(23tRl1si)→m0KKKskpvaν===???ess=表r中(tl非)误si啥→=m单V0差V时s·位·为t能反s无k用ν馈穷表怎e时么格ss=办系？r？统(tl)s还i→=mA0A稳st22定/·232吗skν?
1
1+G(s)H(s)
若系统稳定, 则可用终值定理求ess
R(s)
ess=
lim
s→0
s
1+
k sν
G0H0
r(t)=R·1(t) R(s)=R/s
R
ess=
1+
lim k s→0 sν
kp
r(t)=V·t R(s)=V/s2
ess=
V
lim s
s→0
k sν
kv
·
r(t)=At2/2 R(s)=A/s3
R(s) 1 Rˊ(s) H(s)
Eˊ(s) G(s)H(s) C(s)
E(s)=R(s)-C(s)
G1(s)
N(s) G2(s) C(s)
H(s)
En(s)=C希-C实= –Cn(s)
总误差怎么求？ 30
典型输入下的稳态误差与静态误差系数
R(s) E(s) G(s) H(s) C(s)
E(s)=R(s)
令hβ(t)=1取其解中的最小值，
- 令ωhn (t)0一阶导数=0， 0 <
得<1tr时= π：ω- βd
π
- 取其解中的最小值，S1,2= 得 ωntp= ±jωωd n √1- 2
e 由σ%=
h(t)=
h(tp) －h(∞)
1－h(∞) 1
√1- 2
e 100% 得 σ% = -π 1 2 100% -ωnt sin(ωed t/tg+β10)0%
R(s)
E(SG)GG3(33s(()ss))
RR(Rs(()ss)) EE(ES((S)S))
P2= - G3G2H3
GGG1(11s(()ss))
△2= 1 P2△2=?
HHH1(11s(()ss))
G1(s)
NNN((s(ss)))
G2(s)
GGG2(22s(()ss))
CCC(s(()ss))
j0
0
0
h(t)=
1 ＝01
e √1- 2
-ωS1nt,欠2si=n阻(±ω尼djtω+βn)
j
h(t)= 1 -co零s阻ω尼0nt 25
欠阻尼二阶系统动态性能分析与计算
hω(tn)=ωj d1=－ωn√√11- -
2
1
2

eΦ-(sω)n=tsins2(+ω2dωt+ωnβ2ns+)ωn2
• 课件21要说明这是无零点的二阶系统。
• 课件22要交待Φ(s)的分母s2项的系数，且分子分 母常数项相等。
• 课件28小结中的3个问题答案：1､系统稳定且
E(s)

1

R(s) G(s)H
(s)
；2､非单位反馈输出端定义的误差
可通过等效变换后使用；3 ､系统稳定。 3
说明4
• 课件32~42为第四章的内容。
10
结构图三种基本形式
串联
并联
反馈
G1 G2
G1
G1
G2
G2
G1 G2
G1 G2
G1 1+ G1 G2 11
结构图等效变换方法
1 三种典型结构可直接用公式 2 相邻综合点可互换位置、可合并… 3 相邻引出点可互换位置、可合并…
注意事项：
1 不是典型结构不可直接用公式
2
引出点综合点相邻，不可互换位置 12
• 课件11 ､12 ､13是直接在结构图上应用梅逊公式，
制作者认为没必要将结构图变为信号流图后再用
梅逊公式求传递函数。
2
说明3
• 课件17~30为第三章的内容。
• 课件17~19中的误差带均取为稳态值的5%，有超 调的阶跃响应曲线的上升时间为第一次到达稳态 值的时间。
• 课件20要讲清T的求法，T与性能指标的关系。
△k求法: 去掉第k条前向通路后所求的△
△k=1-∑LA+ ∑LBLC- ∑LDLELF+…
16
G4(s)
梅逊公式例R-C
R(s)
GG11((ss) )
GG22((ss) )
GG33((ss))
C(s)
H1(s)
H3(s)
△1=1
△2=1+G1H1
G4(s)
GCR1((s(s)s))=? G2请(s)你写出G答G33案((ss))，行吗？
• 课件32中的‘注意’应在观看‘rltool’后讲解。若不演 示‘rltool’也可以。
• 课件33结论1和2与书中的相同，结论3分为n>m，n=m， n<m这3种情况介绍，其中n为开环极点数，m为开环零 点数。
• 课件34根轨迹出现后，先介绍图上方的C(s)=6实际是 K*=6,图中的3个小方块为K*=6所对应的3个闭环极点， 然后验证模值条件和相角条件。
20
动态性能指标定义1
h(t)
A
超调量σ% =
A B
100%
峰值时间tpp B
上升 时间trr
调调节节时时间间tts s
t
21
动态性能指标定义2
h(t)
调节时间 ts 上升时间tr
t
22
动态性能指标定义3
h(t)
A
σ%=
A B
100%
B tr tp
t
ts
23
一阶系统时域分析
无零点的一阶系统 Φ(s)=
说明1
• 自动控制原理的电子版内容以胡寿松教授主编 的第五版“自动控制原理”为基础,以 PowerPoint 2000和MATLAB6.5为工具，以帮助 教师更好地讲好自控､帮助学生更好地学好自控 为目的而制作的。
• 本课件大部分内容都是以点击鼠标的方式分步 出现的，点击鼠标右键选择“定位”，然后再点 击“幻灯片漫游”，可进入各章节学习。使用者 在使用前应先看看各章说明，即可理解其含意。
1
ωT1 n
j±ωn √
2 - 1＝1
j 0
0
0 j
t
t
= - h(＝t) 1 1 +
e = + eω = STT211,过2 1T阻1 尼
T1 T2
T2
n
1
-ωhn(t)= 1 -(1临+ω界n阻t)尼0e-ω tn
j
0＜＜ ＜＜11 S1,2= -ωn ±j j ωn√1- 2 ＝0
（0 ﹤ ≤ 0.8） 由包络线求调节时间
26
设系统特征方程为： 劳思表介绍
s6+2s5+3s4+4s3+5s2+6s+7=0
s6 1 3 5 7
劳
s5 2 s4 1
4 2
6 77
((61-1(064－)-/614=))//-228==1 2 劳斯表特点
思 s3 ε0 --88
1 右移一位降两阶