自动控制原理课件：2_4典型环节

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自动控制原理_北航课件(八章全)

水位高度控制系统原理方框图
三、按偏差调节的闭环控制
特点：通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象。优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的变化而引起的变动。干扰

给定值
计算比较－
E
执行
被控对象
被控量
测量
按偏差调节的系统原理方框图
如上图所示，反馈回来的信号与给定值相减，即根据偏差进行控制，称为负反馈，反之称为正反馈。
快：
指动态过程的快速性
快速性即动态过程进行的时间的长短。过程时间越短，说明系统快速性越好，反之说明系统响应迟钝，如曲线①所示。稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。既快又稳，表明系统的动态精度高。
准：指系统在动态过程结束后，其被控量（或反馈量）与给定值的偏差，这一偏差称为稳态误差，是衡量稳态精度的指标，反映了系统后期稳态的性能。
第一章自动控制的一般概念
1-1 自动控制的任务 1-２自动控制的基本方式 1-３对控制系统的性能要求
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1-1 自动控制的任务

通常，在自动控制技术中，把工作的机器设备称为被控对象，把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量，而对这些物理参量的要求值称为给定值或希望值（或参考输入）。则控制的任务可概括为：使被控对象的被控量等于给定值。
俯仰角控制系统原理方框图
四、复合控制
复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制。实质上，它是在闭环控制回路的基础上，附加了一个输入信号或扰动作用的顺馈通路，来提高系统的控制精度。补偿装置
R 控制装置
被控对象
C
—
a.按输入作用补偿
补偿装置
R 控制装置
n C

自动控制原理第二章胡寿松ppt课件

—线性定常二阶微分方程式
4、消去中间变量i(t),整理后得整：理版课件
22
第二章控制系统数学模型
例2、设一弹簧、质量块、阻
尼器组成的系统如图所示，
当外力F(t)作用于系统时，系 F(t) 统将产生运动。试写出外力
F(t)与质量块的位移y(t)之间
m
的微分方程。
解：
f
1、确立入-出，入-F(t),出—y(t)； 2、根据牛顿定律，∑F=ma；
limsF(s)存在 f(0)lifm (t)lism (F s)
s
t 0
s
（6）终值定理
若: L[f(t)]F(s)
f( )lifm (t)lism (F s)
t
s 0
整理版课件
7
第二章控制系统数学模型
例2、求下列函数的拉氏变换。
（1）f(t)2(1cot)（s2）f(t)sin5(t（) 3）f (t)tnet
L[
d
2
dt
f (t) 2
]
s
2
F
(s)
L [ d n f ( t ) ] s n F ( s )整理版课件
5
dt n
第二章控制系统数学模型
（2）积分性质
若: L[f(t)]F(s)
L [ f(t)d] t1 sF (s)1 s f(t)dt t0
当初始条件为0，则有：
L[
f
(t )dt ]
1 - 311 1 14 s 2s 1s 2 s 1s 2
f(t) L 1 [f(t) ](t) e t 4 e 2 t
整理版课件
16
第二章控制系统数学模型
例 6 求F(s)s(s2ss11)的拉氏反变换

自动控制原理复习课件可编辑全文

1 F
xdt
1 Fs
1
dx
(6)PID环节：
y kc ( x Ti
xdt Td
) dt
kc
(1
1 Ti s
Td
s)
(7)纯滞后环节： y(t) x(t )
e s
(8)带有纯滞后的一阶环节：
T dy(t ) y(t ) Kx(t) dt
K e s Ts 1
三、结构图结构图：
应用函数方块描述信号在控制系统中传输过程的图解表示法。
X (s) 1 G(s)H (s)
G(s)：前向通道传递函数， H(s)：反馈通道传递函数， G(s)H(s)：开环传递函数 1+ G(s)H(s)=0：闭环特征方程。单位反馈系统： (s) G(s)
1 G(s)
正反馈：
自动控制原理
(s) G(s)
E(s) X (s) Z(s)
y(t) 斜率=1/T y(t)=1-exp(-t/T)
1
0.632
63.2％
0
T 2T 3T 4T 5T t
二、二阶系统的动态响应
G(s)
Y (s) X (s)
s2
n2 2n
n2
ωn：无阻尼自然频率，ζ：阻尼系数（阻尼比）。
阻尼情况 ζ值
欠阻尼 0＜ζ＜1
临界阻尼 ζ=1 过阻尼 ζ＞1 无阻尼 ζ＝0
自动控制原理
武汉理工大学自动化学院
希望S左半平面上的根距离虚轴有一定的距离。设
S S1 a Z a
j
并代入原方程式中，得到以 S1 为变量
的特征方程式，然后用劳斯判据去判别该
方程中是否有根位于垂线 S a 右侧。

自动控制原理课件2

Tm

GD 2 R 375 cecm
uf Kfn
K f 反馈电压和转速之间的比例系数
（3）消去中间变量得直流调速系统的动态微分方程
1 T d T K m kd d 2 n 2t 1 T m K kd d n tn ( 1 K K r k )C eU g
其中 Kr K1K 为s正向通道电压放大系数
R(S)
E(S)
G(S)
-
B(S)
H(S)
Y(S)
2.结构图的组成：（1）信号线：带箭头的直线，箭头表示信号传递方向。（2）引出点（分离点）：表示信号引出或测量的位置。（3）比较点（相加点）：对两个以上信号加减运算。（4）方框：方框图内输入环节的传递函数。
3 .动态结构图的绘制步骤：（1）确定系统输入量与输出量。（2）将复杂系统划分为若干个典型环节。（3）求出各典型环节对应的传递函数。（4）作出相应的结构图。（5）按系统各变量的传递顺序，依次将各元件的结构图连接起来。
二、结构图的简化法则常用的结构图变换方法可归纳为两类：一类是环节的合并，另一类是信号的分支点或相
加点的移动。结构图的变换必须遵循的原则是：变换前后的数学关系保持不变，因而也称为结构图的
等效变换。
（一）环节的合并法则一环节串联，传递函数相乘。
法则二环节并联，传递函数相加。
法则三反馈连接的等效传递函数。
（6）延迟环节（时滞环节、滞后环节）特点：输出信号经过一段延迟时间τ 后，可完全复现输入信号。
y(t)/r(t)
0τ
r(t) y(t)
t
G(s) es R(s) e s Y(s)
2.4 系统动态结构图
一、概念 1.动态结构图：是描述系统各组成元件之间信号传递关系的数学图形，它表示了系统的输入输出之间的关系。

自动控制原理课件第二章线性系统的数学模型

c(t ) e
dt Leabharlann t

c( s )
g ( ) r ( ) d e s ( ) d 0 0 g ( )e s r ( )e s d d 0 0

0
g ( )e
5) 闭环系统传递函数G(s)的分母并令其为0，就是系统的特征方程。
• 涉及的是线性系统非线性系统必须进行线性化处理
§2-6 信号流程图
系统很复杂，为方便研究，也为了与实际对应，通常将复杂系统分解为若干典型环节的连接
数学模型的定义数学模型：描述系统变量间相互关系的动态性能的运动方程建立数学模型的方法：
解析法: 依据系统及元件各变量之间所遵循的物理或化学规律列写出相应的数学关系式，建立模型。自动控制系统的组成可以是电气的，机械的，液压的，气动的等等，然而描述这些系统的数学模型却可以是相同的。因此，通过数学模型来研究自动控制系统，就摆脱了各种类型系统的外部关系而抓住这些系统的共同运动规律，控制系统的数学模型是通过物理学，化学，生物学等定律来描述的，如机械系统的牛顿定律，电气系统的克希霍夫定律等都是用来描述系统模型的基本定律。实验法: 人为地对系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型进行逼近。这种方法也称为系统辨识。数学模型的形式时间域：复数域：频率域：微分方程差分方程传递函数结构图频率特性状态方程
1 例1 : F ( s) ( s 1)(s 2)(s 3) c c c 1 2 3 s 1 s 2 s 3
1 1 c1 [ ( s 1)]s 1 ( s 1)(s 2)(s 3) 6 1 1 c2 [ ( s 2)]s 2 ( s 1)(s 2)(s 3) 15 1 1 c3 [ ( s 3)]s 3 ( s 1)(s 2)(s 3) 10 1 1 1 1 1 1 F ( s) 6 s 1 15 s 2 10 s 3 1 1 1 f (t ) e t e 2t e 3t 6 15 10

自动控制原理课件2.2(梅晓榕)

n n n
振荡环节
r(t) t
5
School of Information Science & Engineering
振荡环节（二阶）
2 2
1 T 2 s 2 2Ts 1
c(t)
振荡环节
d c(t ) dc(t ) T 2T c(t ) r (t ) 2 dt dt
1 0
r(t) t
C (s) 前向传递函数 G( s) E (s)
E(s) + G(s) ± B(s) H(s)
C(s)
图2-11反馈连接
输出量C(s)与误差信号E(s)之比称为前向传递函数, 即
如果反馈传递函数等于1, 那么开环传递函数与前向传递函数相同, 称为单位反馈系统。单回环闭环系统传递函数的一般公式为
C1(s) R(s) C(s) ±
C2(s)
G1(s)G2(s) (b)
C(s)
图2-9并联连接
由(α)图可知: C1 (s) G1 (s) R(s) C2 (s) G2 (s) R(s) C(s) C1 (s) C2 (s) 消去变量C1(s)和C2(s)得
•式中, i、Tj称为时间常数; K 称为传递系数或静态增益。由拉氏变换的终值定理, 当S→0时, 描述时域中t→∞时的性能, 此时系统的传递函数就转化为静态放大倍数即
G ( s ) s 0
bm K an
（2-15）
传递函数的时间常数表示形式很容易将系统分解成一些典型环节。
3
School of Information Science & Engineering

图中零点用“o”表示, 极点用“×”表示。传递函数的这种形式及零极点分布图在根轨迹法中使用较多。

《自动控制原理》课件第二章

Cen idRd
Ld
d id dt
ud
(2-4)
当略去电动机的负载力矩和粘性摩擦力矩时，机械运动
微分方程式为
M GD2 d n 375 d t
(2-5)
式中，M为电动机的转矩(N·m)； GD2为电动机的飞轮矩
(N·m2)。当电动机的励磁不变时，电动机的转矩与电枢电
流成正比，即电动机转矩为
M=Cmid
称为相似量。如式(2-1)中的变量ui、uo分别与式(2-3)中的变
量f(t)、y(t)为对应的相似量。
2.1.2 线性定常微分方程求解及系统运动的模态当系统微分方程列写出来后，只要给定输入量和初始条
件，便可对微分方程求解，并由此了解系统输出量随时间变化的特性。
若线性定常连续系统的微分方程模型的一般表示形式为 y(n)(t)+a1y(n－1)(t)+···+any(t)=b0u(m)(t)+b1u(m－1)(t)+…+bmu(t)
x0
( x x0 )2
当增量x－x0很小时，略去其高次幂项，则有
y
y0
f (x)
f (x0)
d f (x) dx
x0
(x x0)
令Δy=y－y0=f(x)－f(x0)，Δx=x－x0，K=(df(x)/dx)|x0，则线性
化方程可简记为Δy=KΔx。这样，便得到函数y=f(x)在工作
点A附近的线性化方程为y=Kx。
图2-4 小偏差线性化示意图
对于有两个自变量x1、x2的非线性函数f(x1，x2)，同样可在某工作点(x10，x20)附近用泰勒级数展开为
y
f (x1 ，x2 )
f

自动控制原理典型环节

自动控制原理典型环节自动控制原理是现代工业控制系统的核心，涉及到多种典型环节。

下面将详细介绍几个典型的自动控制原理环节。

1. 比例控制环节比例控制是最简单的一种自动控制方式，它通过调整输出信号与输入信号之间的比例关系来实现对被控对象的控制。

在比例控制中，输出信号与输入信号之间存在一个比例系数Kp，该系数可以根据被控对象的特性进行调整。

当输入信号变化时，输出信号也会相应地发生变化，从而实现对被控对象的调节。

2. 积分控制环节积分控制是一种具有良好稳定性和抗干扰能力的自动控制方式。

在积分控制中，输出信号与时间积分后的误差信号之间存在一个积分系数Ki。

当被控对象存在静态误差时，积分作用可以消除这种误差，并且能够快速响应外部扰动。

3. 微分控制环节微分控制是一种能够有效抑制瞬时干扰和快速响应变化的自动控制方式。

在微分控制中，输出信号与误差信号的微分值之间存在一个微分系数Kd。

当被控对象存在瞬时干扰时，微分作用可以快速响应并抑制这种干扰。

4. PID控制环节PID控制是一种综合了比例、积分和微分控制的自动控制方式。

在PID 控制中，输出信号与比例、积分和微分三个环节的加权和之间存在一个PID系数。

通过调整PID系数，可以实现对被控对象的快速响应、稳定性和抗干扰能力等多方面的要求。

5. 开环控制环节开环控制是一种不考虑反馈信息的自动控制方式。

在开环控制中，输入信号直接作用于被控对象，输出信号不受反馈信息的影响。

开环控制具有简单、高效、低成本等优点，但也容易受到外界干扰和系统参数变化等因素的影响。

6. 闭环控制环节闭环控制是一种基于反馈信息进行自动调节的自动控制方式。

在闭环控制中，输出信号经过传感器测量后与输入信号进行比较，并根据误差信号进行调整。

闭环控制具有良好的稳定性和抗干扰能力，但也存在响应速度较慢、成本较高等缺点。

综上所述，自动控制原理涉及到多种典型的控制环节，每种环节都有其特点和适用范围。

在实际应用中，需要根据被控对象的特性和要求选择合适的控制方式，并进行相应的参数调整和优化。

自动控制原理

1
传递函数 U2(s) Cf s 1 1
U1(s) R1 R1Cf s Ti s
Ti ：积分时间常数
典型环节的传递函数
求无源或有源网络的传递函数时可直接应用复阻抗：
电阻
R i(t)
u(t)
u(t) Ri(t )
U (s) RI(s)
电容
C i(t)
u(t)
u(t )
1 C
i(t )dt
典型环节
➢ 通常把具有低阶简单因子的数学模型称为典型环节
➢ 任一传递函数都可看作典型环节的组合
G(s)
K (2s 1)
s(Ts 1)( 2s2 2 s 1)
典型环节
常见典型环节:
比例环节积分环节微分环节惯性环节一阶微分环节振荡环节二阶微分环节迟后环节
典型环节的传递函数
一、比例(放大)环节特点：输入量与输出量之间的关系为固定比例关系
U(s) 1
u(t) L di(t) dt
U (s) LsI(s)
典型环节的传递函数
空载油缸
流量
Qf
(t)
A dx dt
X (s)
1 A
K
Qf (s) s s
小惯性电动机
m(s) Km
Ua(s) s
典型环节的传递函数
三、理想微分环节微分方程 c(t) dr(t)
小结
典型环节是分析系统的基础，对其传递函数的标准型必须牢固掌握。
一个控制元部件的传递函数，不一定只含有一个典型环节，而可能是几个典型环节的组合。
典型环节与控制元部件并不存在一一对应的关系，而是为了便于理论分析所做的典型化处理。
典型环节的传递函数

2-4 典型环节及其传递函数

1
气阻的数学表达式为 ∆p = R∆q ∆p 式中，是气体压力降； ( N/m 2 ) ∆q ( N ⋅ s) 是气体重量流量； R 是气阻值。因而它的传递函数为 ∆P( s ) G( s ) = =R ∆Q ( s ) （３）喷嘴一挡板机构喷嘴一挡板机构由恒节流孔１，背压室２，喷嘴３，和挡板４组成，如图２－１８所示。 ∆h 它的作用是把输入挡板的微小位移转换成相应的气压信号输出。在忽略背压室气容影响时，可把喷嘴 1 2 4 一挡板机构看作一个比例环节，即 3 D ∆p D = k 1 ∆h 式中，是喷嘴背压的变化； ∆p D ∆h 是挡板开度变化量；是比例系数。 k1 d （４）放大器 h 在自动控制系统中用得最多的是运算放大器，它是一个具有高放大倍数直接耦合式放大器。 1 − 恒节流孔 2 − 背压室运算放大器一般由集成电路构成，其符号如图２－ 3 − 喷嘴 4 − 挡板１９所示。图 2-17 喷嘴挡板机构结构示意图图中三角形尖端代表输出端，输出电压为 u 0 (t ) 它有两个输入端，一个是同相输入端ｂ用 “十”表示，一个是反相输入端ａ用“一”表示。当放大器工作在放大区而不是饱和区时，输出电压与同相输入端电压和反相输入 u 0 (t ) u i (t ) u ( t ) 端电压之间的电压差成正比。即 i1 a u 0 (t ) = k [u i2 (t ) − u i1 ( t )] + 也可写成 b ∆u 0 (t ) = k∆u i (t ) U i1 因而其传递函数为 Ui2 U0 ∆U 0 ( s ) G( s ) = =k 图 2-19 运算放大器符号图 ∆U i ( s ) 式中，为开环放大倍数，这个数值很高，可达到。所以集成运算放大器工作在 k 10 6 ~ 10 7 无反馈状态时输入电阻很高。它有以下两个主要特点： ①由于开环输入电阻很高，运算放大器两个输入端的电流接近于零。 ②由于开环放大倍数很高，所以ｂ端和Ｃ端电位接近相等，即。 u i2 ≈ ui1 运算放大器本身虽属放大环节，但可用它来组成其他各种基本环节。

自动控制原理(胡寿松版)完整第五章ppt课件

-20
φ (ω )
ω=0.1 L(ω )=20lg0.1=-20dB 90
对数相频特性：φ (ω )=90o 0 0.1
1
10ω
第二节典型环节与系统的频率特性
4)．惯性环节
G(s)=Ts1+1
G(ωj
)=
jω
1 T+1
(1) 奈氏图
A(ω
)=
1 1+(ω T)2
φ (ω )= -tg-ω1 T
取特可殊以点证：绘明ω制：=0奈氏图近似方I法m : AA图心半A点(ω(ω(是，圆ω，))=以以。惯=)0然=根ωω0(1性.171==/后据0/环2∞27为T将幅1节φ,jφo半φ它频的(ω)(ω径为(ω奈们特))=的圆)=氏平-性=09-o0滑4和o5连o相ω接频起∞特来0性-。求45ω=出T1特殊ω1=0Re
5）二阶微分环节 s 2 /n 2 2s /n 1(n 0 ,0 1 )
6）积分环节 1 / s
7）微分环节 s
第二节典型环节与系统的频率特性
（2）非最小相位系统环节
1）比例环节 K (K0)
2）惯性环节 1/( T s1 ) (T0) 3）一阶微分环节 Ts1 (T0)
4）振荡环节 1 /( s 2 /n 2 2 s /n 1 )(n 0 ,0 1 )
第一节频率特性
系统输入输出曲线定义频率特性为:
r(t) c(t)
r(t)=Asinωt
G(ωj )
=|G(jω)|e j G(jω) =A(ω )e φj (ω )
A 0
幅频特性： t A(ω )=|G(jω)|
G(jω)
A G(jω )
相频特性： φ (ω )= G(jω)

自动控制原理--典型环节及其传递函数

hc t hd (t )
l
v
2.3 控制系统的复数域数学模型
4.典型元部件的传递函数
（1）电位计
（1）比例环节
（2）电桥式误差角检测器
（2）微分环节
（3）自整角机
（3）积分环节
（4）测速发电机（交流，直流）（4）惯性环节
（5）电枢控制式直流电动机（5）振荡环节
（6）两相异步电动机
（6）一阶复合微分环节
特点：输出量能准确复现输入量，但须延迟一固定的时间间隔。
在线性控制系统中，系统含有典型环节的情况，反映了系统的结构和性能。
时滞环节
对于时滞时间很小的时滞环节，常把它展开成泰勒级数，并略去高次项，得：
W
(
s)
1
s
2
s
2
1
3
s3
2! 3!
1
1s
时滞环节在一定条件下可近似为惯性环节
实例
带钢厚度检测环节
(6)
复习拉普拉斯变换有关内容（13）
用L变换方法解线性常微分方程
0 初条件 n>m
: 特征根（极点） : 相对于的模态
2.3 控制系统的复数域数学模型
3.传递函数的零点和极点对输出的影响
极点决定模态；零点影响曲线形状。
4 传递函数的局限性
例已知某系统在0初条件下的阶跃响应为：
c(t) 1 2 et 1 e4t 33
试求：（1）系统的传递函数；（2）系统的增益；（3）系统的特征根；（4）画出对应的零极点图；（5）求系统的单位脉冲响应；（6）求系统微分方程；
解.（1）
(2) (3) (4) 如图所示 (5)
积分环节实例：

自动控制原理第四章2

10
开、闭环零极点与根轨迹设计
给F(s)增加零点(续)
F(s) =
K
,
s(s + a)(s + b)
C
a > 0, b > a.
z 给F(s)增加零点： s = – c， c > b .
原系统根轨迹的共轭复根部分向左弯曲
增加零点可以改善系统的相对稳定程度
12
开、闭环零极点与根轨迹设计
增加开环零点对根轨迹的影响
渐近中心: ？ C
有两条复根根轨迹，向右弯曲得更厉害
D
给F(s)增加极点将使根轨迹的主导部分向右半s平面移动 9
开、闭环零极点与根轨迹设计
给F(s)增加零点
z增加一个实零点：
F (s)
=
K(s + b) ,
s(s + a)
a > 0, b > a.
z增加一对共轭复零点： B
σ
A
原系统根轨迹的共轭复根部分向
F(s)
=
K(s + s2(s +
b) a)
.
图C a = 8.
图D a = 3.
图E
a = b = 1.
极点 s = – a 和零点 s = – b 相互抵消
分离点式子
s1,2
=
−
a
+ 4
3
± 1 a 2 − 10 a + 9 4
对于 a < 9 无意义
系统退化为二阶情形，根轨迹为整个虚轴
17
分离点式子
s1,2
=
−
a
+ 4
3
±
1 4
a2 − 10a + 9

自动控制原理(全套课件)

自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。

本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。

二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。

自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。

2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。

被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。

三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。

开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。

（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。

闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。

2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。

（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。

四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。

通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。

2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。

传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。

五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。

2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。

自动控制原理典型环节 bilii

自动控制原理典型环节 bilii自动控制原理是现代科学技术中的重要组成部分，它涉及到许多典型环节。

本文将从几个典型环节入手，介绍自动控制原理的基本概念和应用。

第一个典型环节是传感器。

传感器是自动控制系统中的重要组成部分，它能够将待测的物理量转换为电信号或其他形式的信号。

传感器的选择对于自动控制系统的性能至关重要。

在工业生产中，常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。

这些传感器能够实时感知环境的变化，并将这些变化转化为与之对应的电信号，从而为控制系统提供必要的输入信号。

第二个典型环节是执行器。

执行器是自动控制系统中的另一个重要组成部分，它能够根据控制信号执行相应的动作。

常见的执行器有电动机、液压缸、气动阀等。

这些执行器能够根据输入的控制信号，将机械能、液压能或气动能转化为相应的动作，从而实现自动控制系统对于被控对象的控制。

第三个典型环节是控制器。

控制器是自动控制系统中的“大脑”，它能够根据输入的信号和事先设定的控制策略，生成相应的控制信号，从而实现对被控对象的控制。

常见的控制器有PID控制器、模糊控制器、遗传算法控制器等。

这些控制器能够根据系统的实时状态和控制要求，计算出相应的控制信号，并将其输出给执行器，从而实现对被控对象的准确控制。

第四个典型环节是反馈系统。

反馈系统是自动控制系统中的重要组成部分，它能够通过测量被控对象的输出信号，并将其与期望输出进行比较，从而实现对系统的自动调节。

反馈系统可以提高系统的稳定性和鲁棒性，使系统能够更好地适应外部环境的变化。

常见的反馈系统有闭环控制系统、自适应控制系统等。

这些反馈系统能够根据实际输出与期望输出之间的差异，自动调节控制器的输出信号，从而实现对被控对象的精确控制。

第五个典型环节是信号处理。

信号处理是自动控制系统中的重要环节，它能够对输入信号进行处理和分析，从而提取出有用的信息。

常见的信号处理方法有滤波、谱分析、特征提取等。

这些方法能够对输入信号进行处理和分析，从而为系统的控制提供必要的信息和支持。

自动控制原理--典型环节的频率特性

j
j 1
0j 1
Im
0
Re
0
积分与微分环节
L(dB) 40
积分环节
0
微分环节
40
( )
90
微分环节
0 90
积分环节
20dB / dec
20dB / dec
6
三、微分环节
传递函数: G s s
频率特性:
G(j)
j
ej
π 2
➢1. 幅频特性 A及相频特性
A ,
A
( )
0
1
T
4
2
L,
0
1
T 3dB
4
20lg 2T 2 1
2
近似曲线精确曲线
对数幅频特性和相频特性：
L() 20 lg 1 (T )2 () tg1 T
0 L0 0
1 L 20 lg 1 3
T
2
4
L
2
L()(dB) 0 0.1 5
10 15 20
0.2
0.3 0.4
0.6 0.8 1
T
2
34
6 8 10
七、一阶不稳定环节
传递函数: G s 1
Ts 1
➢1. 幅相频率特性
频率特性: G j 1
jT 1
G j
1
jT 1
1
1 T2
T
j1 T2
U
jV
U
1 2
2
V
2
1 2
2
一阶不稳定系统的幅相频
率特性是一个为（-1，j0）
为圆心，0.5为半径的半圆。
180O 90O
Im
1

自动控制原理课件可编辑全文

恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化，称为扰动。电动机被称为被控对象，转速称为被控量，当电动机受到扰动后，转速（被控量）发生变化，经测量元件（测速发电机）将转速信号（又称为反馈信号）反馈到控制器（功率放大器），使控制器的输出（称为控制量）发生相应的变化，从而可以自动地保持转速不变或使偏差保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋位器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变，被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。

自动控制原理_2.4典型环节传递函数

B盘以角速度ω 转动时，因 B盘和I 轴
间以滑动键联接，故B盘滑动就会改变
偏心量e；当时e=0，A盘转动而 B盘不
转；e增大， B盘角速度ω 正比的增大，设K为比例常数，B盘转角为θ (t)。输入— e 输出—θ (t)
解： (t ) Ke(t )
(t ) K e(t )dt
di(t ) 1 ui (t ) L i(t ) R i(t )dt dt C 1 uo (t ) i(t )dt C
§2.4.6 延时环节（迟延环节）
xo (t ) xi (t )
τ为延迟时间
L[ x0 (t )] L[ xi (t )] G( s ) L[ xi (t )] L[ xi (t )]
当|Ts|<<1时，G(s)=Ts，
才近似为理想的微分环节。
此系统为包含有惯性环节及微分环节的系统。
（1）预见输入（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输入提前）
比例环节
R(s) r(t) t
1
1
X o ( s)
xo (t )
o
45
t

比例+微分
R(s) r(t ) t
1 Ts
X o ( s)
xo (t )
K G( s ) Ts 1
K为惯性环节的增益或放大系数；T为时间常数
理想的一阶惯性环节
1 G( s ) Ts 1
例1. 无源滤波电路
ui uo C为电容 R为电阻
1 ui (t ) i (t ) R i (t )dt C 解： 1 uo (t ) i (t )dt C 1 U i (t ) I ( s) R I (s) Cs LT得： 1 U o (t ) I ( s) Cs

自动控制原理ppt2

举例：画出图2-18 RC网络运动特性的方框图。
图2-18， RC网络的微分方程式为:
ur
Ri
1 C
idt
uc
1 C
idt
对上面二式进行拉氏变换，得:
Ur (s) Uc (s) RI (s) (2.29)
Uc
(s)
1 Cs
I
(s)
(2.30)
将式(2.29)表示成:
图2-18 RC网络
1 R
X1(S)
G1(S) G2(S)
X2(S) + X4(S) +
X3(S)
传递函数：
图2-14 同向并联环节方框图
G(S)
X 4 (S ) X1(S)
X2(S) X3(S) X1(S)
X 2 (S ) X1(S)
X3(S) X1(S)
G1(S) G2 (S)
（九）反馈回路传递函数的求取
反馈回路方框图如图2-15
r(t)
L
b1
d dt
r(t)
(2.18)
b0 r (t )
式中c(t)是系统输出量，r(t)是系统输入量，a0，a1，… an，b0，b1，…，bm是与系统结构参数有关的常系数。
令C(s)=L[c(t)]，R(s)=L[r(t)]，在初始条件为零时，对式 (2.18)进行拉氏变换，可得到s的代数方程：
[U r
(s)
U
c
(s)]
I
(s)
(2.31)
由式
1 R
[U
r
(s)
U
c
(s)]
I
(s)
和式
U
c
(s)
1 Cs