【管理资料】自动控制原理笔记汇编
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3）发电机-电动机组
Ef kgIf
TaTmdd2 2tTmddtk1d Ef
4）传动机构
d
dt
kt
18
整理得：
T fT a T m d 4 ( T f T a ) T m d 3 T f T m d 2 1 d k d 4 t k d 3 t k d 2 t k dt
k kpkakgkt Rf kd
要求：基础 交叉 独立学习 接受新东西 的能力
3
第一章：控制的基本概念
一.反馈控制原理
负反馈概念
典型系统框图
4
2.闭环系统
主要问题 1） 稳定 2） 性能
3.开环控制
5
二.控制系统的基本组成
6
三.控制系统的分类
• 从系统实现目标上分：伺服系统 ，恒值系统 • 从输入输出变量的个数分：SISO ，MIMO • 从信号性质分：连续，离散， 混合 • 从数学描述分：线性，非线性 • 从控制方式上分：按偏差控制，复合控制，
2
三.我国的自动化学科发展的历史, 现状及前景
– 1949. 上海交大 张钟俊 伺服系统 – 1950. 清华大学 钟士模 自动调节原理 – 1970末 清华及全国一些重点大学 现代控制理论， 最优控
制 – 80年代 最优 ，自适应，辨识， 随机， 大系统， 鲁棒 – 90年代 模糊， 智能，CIMS – 新世纪 信息技术（网络）
y(s)
G
(s)
r(s)
零初始条件下
输 输出 入LL的 的 aappllaa变 变 ccee换 换传递函数
25
把上面的随动系统用传递函数表示，并化成框 图
＋ ＋ －
kp
up ka Rf If Tfs1
kg
Ef
1kd
kt
TaTms2Tms1
s
(L[d2y]s2y (s)s(y0)y'(0) ，什么是零初始条件？
开环比例系 数 解释k的物理意义
解释跟踪无差
19
§2. 传递函数
• Laplace变换L[f(t)]—F(s) 从时域→复域
定义：
F(s) f (t)estdt
0
举例： f(t)1(t)
F(s)estdt1est1
0
s 0s
20
常见函数的Laplace变换：
1(t) 1 s
t 1 s2
et 1
L k a d Jd d 2 2 tR k a d Jd d tk d u r (R L a ad dcM tR k d aM c)
14
整理并定义两个时间常数
JR a
k
2 d
Tm
La Ra
Ta
机电时间常数 电磁时间常数
电机方程
d2 d
1
TaTm d2t Tmdtkdur (........)
s
sint s2 2
c
ost
s2
s
2
21
拉普拉斯变换基本定理：
Laplace变换的初值定理
x(0) limsx(s) s
终值定理：
x() limsx(s) s0
微分定理： Lddtf(t)sF(s)f(0)
延迟定理：
L f(t) e sF (s)
22
用Laplace变换解微分方程
T dyyr dt y(0}0
15
如果忽略阻力矩，即 Mc 0，
方程右边只有电枢回路的控制量 u r
则电机方程是一典型二阶方程 。
如果忽略 T a（Ta 0）电机方程就是一阶的
Tm
d 1
dt
kd
ur
16
随动系统的例子：（图见教科书《自动控制原理》上册P20图2.11
17
1）电位器组.
up kp()
2）放大器-发电机励磁
R fIf L f d dfI tkaup T f d dfI tIf R ka f up
d2t
如何从该框图求得 与 之间的关系？
从微分方 程 传递函数
26
§3. 框图及其变换 一. 框图的几种连接方式 串联 传递函数相乘
y(s)
G1(s)G2 (s)
u(s)
并联 传递函数相加
y(s)
G1(s)
G2
(s)
u(s)
27
反馈
G(s)：主通道的传递函数 H(s)：反馈通道的传递函数 G(s)H(s)：开环传递函数
30
2）有扰动输入的情况
a)求
y(s)
r(s)
（f=0）
b)求
y(s)
f (s)
（r=0）
c)为使y不受扰动f的影响应如何选G 4 ？
31
a)
y(s)
r(s)
G1G2 1G1G2
b)
y(s)
f (s)
(G3G4G1)G2 1G1G2
C) 当
y(s) 0
f (s)
即
G4
G3 G1
y不受f影响
32
r 1
方程两边进行Laplace 变换（零初始条件）
Tsy(s)y(s)r(s)
y(s)
r(s)
1
.11
1
Ts1 Ts1s s s1
T
23
反变换
t
y(t) 1(t)e T
当
r(t)(t)
1 11
y(s)
Ts1 T s1
T
反变换
y(t)
1
t
eT
T
y(o)0,y(0)1 初值跳变问题！ T
24
定义传递函数
由牛顿定律：
Fma
Fkyf dymd2y dt dt2
md2yf dykyF d2t dt
12
电动机方程
电路方程：
urEaLaddaitRaia （１）
动力学方程：
MMc
J
d dt
（２）
Ea kd （3）
M
kd ia
（4）
13
• （４）→（２） 得：
ia
J kd
dMc dt kd
(5)
• （３）（５）→（１）得：
先进控制策略
7
8
四．控制系统的基本要求
• 稳定 • 静态指标 • 动态指标
品质、性能
9
第二章 控制系统的数学模型
§1. 控制系统的微分方程描述
１）R—L—C电路
10
根据电路基本原理有:
Ri
L
d d
i
i t
uc
c duc
dt
ur
Ld cd2u 2tcRd cdcutucur
11
2）质量－弹簧－阻尼系统
(uyH)G y
y(s)
u(s)
G(s) 1G(s)H(s)
G主 1G开
同理可得正反馈下：
y(s)
u(s)
G(s) 1G(s)H(s)
28
前面随动系统的例子
自己推导出 与之间的关系 （1）传递函数 （2）微分方程
29
二．框图变换 1）交叉反馈
此例说明交叉点左右移动对传递函数的影响， 跨越点，求和点要注意。
自动控制原理笔记
二.本课程的重要性及学习方法
• 1.信息学院的五大平台课之一 自动化专业的必 修课基本理论
• 2.课程改革情况
• 3.学习方法 应用数学工具分析解决工程问题
思维方法 抽象 综合
• 4.学术活动
IFAC—中国自动化学会—专业
委员会
IFAC’99 北京
CDC, ACC, ECC, CCC
3）顺馈的例子： 变换框图：
y(s)
(G1
G2
Leabharlann Baidu
)
1
G3 G3G4
r(s)
1 G1G3
Ef kgIf
TaTmdd2 2tTmddtk1d Ef
4）传动机构
d
dt
kt
18
整理得：
T fT a T m d 4 ( T f T a ) T m d 3 T f T m d 2 1 d k d 4 t k d 3 t k d 2 t k dt
k kpkakgkt Rf kd
要求：基础 交叉 独立学习 接受新东西 的能力
3
第一章：控制的基本概念
一.反馈控制原理
负反馈概念
典型系统框图
4
2.闭环系统
主要问题 1） 稳定 2） 性能
3.开环控制
5
二.控制系统的基本组成
6
三.控制系统的分类
• 从系统实现目标上分：伺服系统 ，恒值系统 • 从输入输出变量的个数分：SISO ，MIMO • 从信号性质分：连续，离散， 混合 • 从数学描述分：线性，非线性 • 从控制方式上分：按偏差控制，复合控制，
2
三.我国的自动化学科发展的历史, 现状及前景
– 1949. 上海交大 张钟俊 伺服系统 – 1950. 清华大学 钟士模 自动调节原理 – 1970末 清华及全国一些重点大学 现代控制理论， 最优控
制 – 80年代 最优 ，自适应，辨识， 随机， 大系统， 鲁棒 – 90年代 模糊， 智能，CIMS – 新世纪 信息技术（网络）
y(s)
G
(s)
r(s)
零初始条件下
输 输出 入LL的 的 aappllaa变 变 ccee换 换传递函数
25
把上面的随动系统用传递函数表示，并化成框 图
＋ ＋ －
kp
up ka Rf If Tfs1
kg
Ef
1kd
kt
TaTms2Tms1
s
(L[d2y]s2y (s)s(y0)y'(0) ，什么是零初始条件？
开环比例系 数 解释k的物理意义
解释跟踪无差
19
§2. 传递函数
• Laplace变换L[f(t)]—F(s) 从时域→复域
定义：
F(s) f (t)estdt
0
举例： f(t)1(t)
F(s)estdt1est1
0
s 0s
20
常见函数的Laplace变换：
1(t) 1 s
t 1 s2
et 1
L k a d Jd d 2 2 tR k a d Jd d tk d u r (R L a ad dcM tR k d aM c)
14
整理并定义两个时间常数
JR a
k
2 d
Tm
La Ra
Ta
机电时间常数 电磁时间常数
电机方程
d2 d
1
TaTm d2t Tmdtkdur (........)
s
sint s2 2
c
ost
s2
s
2
21
拉普拉斯变换基本定理：
Laplace变换的初值定理
x(0) limsx(s) s
终值定理：
x() limsx(s) s0
微分定理： Lddtf(t)sF(s)f(0)
延迟定理：
L f(t) e sF (s)
22
用Laplace变换解微分方程
T dyyr dt y(0}0
15
如果忽略阻力矩，即 Mc 0，
方程右边只有电枢回路的控制量 u r
则电机方程是一典型二阶方程 。
如果忽略 T a（Ta 0）电机方程就是一阶的
Tm
d 1
dt
kd
ur
16
随动系统的例子：（图见教科书《自动控制原理》上册P20图2.11
17
1）电位器组.
up kp()
2）放大器-发电机励磁
R fIf L f d dfI tkaup T f d dfI tIf R ka f up
d2t
如何从该框图求得 与 之间的关系？
从微分方 程 传递函数
26
§3. 框图及其变换 一. 框图的几种连接方式 串联 传递函数相乘
y(s)
G1(s)G2 (s)
u(s)
并联 传递函数相加
y(s)
G1(s)
G2
(s)
u(s)
27
反馈
G(s)：主通道的传递函数 H(s)：反馈通道的传递函数 G(s)H(s)：开环传递函数
30
2）有扰动输入的情况
a)求
y(s)
r(s)
（f=0）
b)求
y(s)
f (s)
（r=0）
c)为使y不受扰动f的影响应如何选G 4 ？
31
a)
y(s)
r(s)
G1G2 1G1G2
b)
y(s)
f (s)
(G3G4G1)G2 1G1G2
C) 当
y(s) 0
f (s)
即
G4
G3 G1
y不受f影响
32
r 1
方程两边进行Laplace 变换（零初始条件）
Tsy(s)y(s)r(s)
y(s)
r(s)
1
.11
1
Ts1 Ts1s s s1
T
23
反变换
t
y(t) 1(t)e T
当
r(t)(t)
1 11
y(s)
Ts1 T s1
T
反变换
y(t)
1
t
eT
T
y(o)0,y(0)1 初值跳变问题！ T
24
定义传递函数
由牛顿定律：
Fma
Fkyf dymd2y dt dt2
md2yf dykyF d2t dt
12
电动机方程
电路方程：
urEaLaddaitRaia （１）
动力学方程：
MMc
J
d dt
（２）
Ea kd （3）
M
kd ia
（4）
13
• （４）→（２） 得：
ia
J kd
dMc dt kd
(5)
• （３）（５）→（１）得：
先进控制策略
7
8
四．控制系统的基本要求
• 稳定 • 静态指标 • 动态指标
品质、性能
9
第二章 控制系统的数学模型
§1. 控制系统的微分方程描述
１）R—L—C电路
10
根据电路基本原理有:
Ri
L
d d
i
i t
uc
c duc
dt
ur
Ld cd2u 2tcRd cdcutucur
11
2）质量－弹簧－阻尼系统
(uyH)G y
y(s)
u(s)
G(s) 1G(s)H(s)
G主 1G开
同理可得正反馈下：
y(s)
u(s)
G(s) 1G(s)H(s)
28
前面随动系统的例子
自己推导出 与之间的关系 （1）传递函数 （2）微分方程
29
二．框图变换 1）交叉反馈
此例说明交叉点左右移动对传递函数的影响， 跨越点，求和点要注意。
自动控制原理笔记
二.本课程的重要性及学习方法
• 1.信息学院的五大平台课之一 自动化专业的必 修课基本理论
• 2.课程改革情况
• 3.学习方法 应用数学工具分析解决工程问题
思维方法 抽象 综合
• 4.学术活动
IFAC—中国自动化学会—专业
委员会
IFAC’99 北京
CDC, ACC, ECC, CCC
3）顺馈的例子： 变换框图：
y(s)
(G1
G2
Leabharlann Baidu
)
1
G3 G3G4
r(s)
1 G1G3