控制系统设计总结完整版知识讲解
控制工程必备知识点总结
控制工程必备知识点总结一、控制系统的基本概念1. 控制系统的定义和基本组成控制系统是一个通过对系统输入信号进行调节，使得系统输出信号满足特定要求的系统。
控制系统由输入、输出、反馈和控制器等基本组成部分构成。
2. 控制系统的分类控制系统根据其控制方式可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统只能通过输入信号来控制系统输出，而闭环控制系统可以通过反馈信号来对系统进行调节。
3. 控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、灵敏度、鲁棒性、动态性能等，这些指标反映了控制系统对信号变化的响应能力和稳定性。
二、控制系统的建模与分析1. 控制系统的数学模型控制系统的数学模型是控制工程的核心，它描述了系统的输入输出关系以及系统内部的动力学特性。
控制系统的数学模型可以用微分方程、差分方程、状态方程等形式进行描述。
2. 控制系统的传递函数传递函数是控制系统数学模型的一种常用表示形式，它描述了系统输入和输出之间的传输特性。
控制系统的传递函数可以通过系统的输入输出数据进行辨识或通过系统的数学模型进行求解。
3. 控制系统的频域分析频域分析是控制系统分析的重要方法之一，它将控制系统的动态响应从时域转换到频域，通过频域特性来分析控制系统的稳定性、干扰抑制能力等。
4. 控制系统的状态空间分析状态空间分析是控制系统分析与设计的另一种常用方法，它描述了系统的状态变量与输入输出变量之间的关系，并可以用于分析控制系统的稳定性、可控性和可观测性等。
5. 控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性分析是控制工程中的重要内容，它用于评估控制系统的稳定性，并设计满足稳定性要求的控制器。
三、控制系统的设计与实现1. 控制系统的控制器设计控制系统的控制器设计是控制工程的核心内容之一，它通过对系统数学模型的分析和综合，设计出满足性能指标要求的控制器。
2. 控制系统的闭环控制闭环控制系统通过对系统的反馈信号进行处理，实现对系统输出的精确控制，提高系统的鲁棒性和鲁棒性。
自动控制原理控制器设计知识点总结
自动控制原理控制器设计知识点总结自动控制原理是现代工程领域中的基础学科之一，它研究利用一定的数学方法和工程技术手段，对系统进行连续的、自动的调节和控制，以达到预期的目标。
在自动控制系统中，控制器是一个非常重要的组成部分，它根据输入信号和系统反馈来产生输出信号，控制系统的性能很大程度上取决于控制器的设计。
本文将对自动控制原理中控制器设计的几个重要知识点进行总结。
一、PID控制器PID控制器是最常见和常用的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节组成。
比例环节根据偏差信号的大小来产生控制输出，积分环节根据偏差信号的累计值来产生控制输出，微分环节根据偏差信号的变化率来产生控制输出。
PID控制器能够根据系统的动态特性进行精确调节，具有简单、稳定和鲁棒性好的优点，广泛应用于温度、压力、流量等工业过程中。
二、反馈控制在自动控制系统中，反馈控制是一种常用的控制方式。
它通过监测系统的输出，并将输出信号与给定的目标值进行比较，计算出偏差信号，再根据偏差信号来调节控制输入，使得实际输出逐渐接近目标值。
反馈控制可以有效地消除系统的干扰和扰动，提高系统的稳定性和鲁棒性。
常见的反馈控制方式有比例反馈控制、速度反馈控制和位置反馈控制等。
三、校正控制校正控制是对系统误差进行修正的一种控制方式。
当系统输出与期望输出之间存在误差时，校正控制会自动调整控制输入来消除误差。
校正控制可以分为开环校正和闭环校正两种方式。
开环校正是在设定信号的基础上根据经验或模型进行调整，而闭环校正是在反馈信号的基础上进行调整。
校正控制能够提高系统的精度和准确性，常用于工业生产中对产品的质量控制。
四、模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它能够有效地处理系统模型不确定性和非线性等问题。
模糊控制通过将定性的语言规则转化为数学形式，建立模糊推理系统，并根据输入信号和输出信号之间的关系来决策控制输出。
模糊控制具有较强的自适应能力和鲁棒性，适用于各种复杂的工程控制系统。
控制与设计知识点大全
控制与设计知识点大全【控制与设计知识点大全】一、引言控制与设计是现代工程领域中不可或缺的重要环节，涉及到各种系统、设备和过程的调节和优化。
本文旨在全面介绍控制与设计的相关知识点，包括控制理论、设计方法以及实际应用等方面内容。
二、控制理论1. 控制系统的基本概念控制系统是指由传感器、执行器和控制器组成的系统，通过对系统的输入和输出进行监测和调节，实现对目标状态或性能的控制。
2. 反馈控制理论反馈控制理论是控制系统设计中的基础理论，通过对系统输出与期望输出之间的差异进行反馈调节，实现对系统稳定性和性能的优化。
3. 控制系统的稳定性与鲁棒性控制系统的稳定性是指系统在各种干扰和不确定性的影响下，是否能保持稳定。
鲁棒性则是指系统抵抗干扰和不确定性的能力。
4. 线性控制与非线性控制线性控制是指控制系统中的数学模型是线性的，而非线性控制则是指系统模型具有非线性特性，需要采用专门的设计方法。
5. 自适应控制理论自适应控制理论是指控制系统可以根据实时的系统状态和性能变化，自动调整控制策略和参数，以适应不断变化的工况条件。
三、设计方法1. 系统建模与仿真系统建模是指将实际系统抽象成数学模型，以便进行分析和设计。
仿真则是利用计算机模拟系统的动态响应和性能，评估不同控制策略的效果。
2. PID控制器设计PID控制器是最常用的控制器之一，通过比例、积分和微分三个部分的组合，实现对系统的稳定控制和响应速度调节。
3. 先进控制方法除了传统的PID控制，还有一些先进的控制方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等，可以更好地处理非线性、时变等复杂系统。
4. 优化与最优控制优化与最优控制是通过优化理论和方法，寻找最优的控制策略和参数，以实现系统性能的最大化或最小化。
四、实际应用1. 工业自动化控制与设计在工业自动化中起着重要作用，包括生产线控制、工艺控制、机械控制等方面。
2. 动力系统控制对于动力系统，如发电厂、机车等，控制与设计能够提高系统的效率和稳定性，保证安全运行。
控制系统基础知识点整理
控制系统基础知识点整理1. 控制系统的定义与作用控制系统是由各种组件和元件组成的系统，用于监测、调节和维持某个过程的运行状态。
它的作用是通过对过程变量进行测量和反馈，控制和调整输出变量，使系统达到期望的状态。
2. 控制系统的组成部分控制系统主要由以下几个组成部分构成：- 传感器：用于感知目标系统的各种输入信号，将物理量转化为电信号。
- 执行器：根据控制信号，产生相应的输出作用力或能量，控制目标系统的运动或变化。
- 控制器：接收传感器的反馈信号，并进行信号处理和计算，产生适当的控制策略。
- 作业对象：即被控制的目标系统，如机器、设备、工艺过程等。
3. 控制系统的基本原理控制系统的基本原理包括：- 反馈原理：通过反馈控制，将系统输出与期望输出进行比较，根据差异调整控制信号，使系统输出逐渐接近期望值。
- 控制策略：根据系统特性和控制目标，选择合适的控制策略，如比例控制、积分控制、微分控制等，以实现稳定性、响应速度等性能要求。
- 系统建模：将目标系统建立数学模型，以便进行分析、仿真和设计控制器。
- 控制技术：控制系统常用的技术包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，根据具体需求选择合适的控制技术。
4. 控制系统的应用领域控制系统广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：- 工业控制：用于控制生产过程中的机器设备，提高生产效率和产品质量。
- 自动化领域：实现自动化生产、运输、仓储等系统的控制与管理。
- 交通运输：控制车辆、船舶、飞机等交通工具的行驶和运行。
- 环境控制：控制室内温度、湿度、光照等环境参数，提供舒适的生活和工作环境。
- 医疗设备：用于监测和控制医疗设备的运行，保障患者的安全和治疗效果。
以上是对控制系统基础知识的简要整理，希望对您有所帮助。
如需了解更多详细内容，请参考相关专业书籍和资料。
控制系统建模及仿真综合设计总结
控制系统建模及仿真综合设计总结
控制系统建模及仿真是现代控制理论和工程实践中非常重要的环节。
通过对系统进行建模和仿真，可以实现对系统行为和性能的分析、优化和预测。
以下是控制系统建模及仿真综合设计的总结：
1. 确定系统的目标和需求：系统的目标和需求是建模和仿真的基础，需要明确系统的控制目标、工作条件、输入输出特性等。
2. 收集系统的信息：收集系统的相关信息，包括系统结构、工作原理、参数等。
可以通过文献调研、实验测试等方式获取。
3. 进行系统建模：根据系统的特性和要求，选择合适的建模方法。
常见的建模方法包括状态空间法、传递函数法、仿真模型法等。
根据建模方法，建立系统的数学模型。
4. 进行系统仿真：利用仿真软件，将系统的数学模型转化为计算机可执行的模型，并设计仿真实验。
根据实验设置系统的输入信号，进行仿真计算并得到系统的输出响应。
5. 分析和优化系统性能：对仿真结果进行分析，评估系统的控制性能。
可以利用仿真结果，进行参数调节、控制算法优化等操作，以提升系统的性能。
6. 验证仿真结果：将仿真结果与实际系统的实验结果进行比较，验证仿真模型的准确性和可靠性。
若有差异，可以对仿真模型进行修正和优化。
7. 编写综合设计报告：根据仿真结果和优化方案，编写综合设计报告，包括系统的建模过程、仿真实验的设置、仿真结果的分析和优化方案的描述等。
控制设计总结(最终版)
第一部分 PI 控制原理及参数求解1.风力发电机组运行区间分类AB CD1S 2S 发电机转速发电机扭矩1Q 2Q 0在发电机转速小于S1之前，此时发电机无功率输出，当风速大于切入风速时发电机并网，AB 段为恒转速阶段，随着风速增大，发电机转矩增大。
BC 段为最优控制阶段，此时发电机转速随着风速变化保持最佳叶尖速比，追踪最大功率点。
CD 段为转速恒定区，在这个区域内，不再进行最大风能追踪，而是将机组转速限定在最大允许转速。
在D 点时，机组已经达到额定转矩，之后，随着风速的继续增大，机组恒转矩运行，为了保护机组不受损坏，调整桨距角限制功率。
2.传统PI 变桨距控制外部控制器框图上图描述变桨控制和转矩控制的切换条件、对应输出的计算值。
下面将给出在各种情况下的控制细节图。
◆在额定风速以下的控制风速在额定风速以下时，通过控制发电机的转矩使风力发电机尽量获取多的能量，控制细节图如下。
1）能量转换系统2) 转矩控制方式通常变速变桨风力发电机组均按是按照二次曲线图进行转矩给定。
在区域2中，电机转矩2()go p t g T K W o p t ，其中o p t K 最优模态增益，g T 为发电机转矩，gW o p t （）发电机最优转速。
3) 启动和过渡区控制框图此处PI 控制器的输入为电机转速偏差，输出为电机转矩。
◆ 在额定风速以上的控制风速在额定风速以上时，通过变桨使发电机输出的功率维持在额定功率附近。
桨距控制此处PI控制器的输出为电机转速偏差，输出为叶片桨距角。
◆使用C++、Fortran或matlab/simulink语言编写的控制器1）使用fortran语言编写的代码2）使用c++语言编写的代码3）使用matlab/simulink搭建的控制器模型◆生成动态链接库DLL文件1）在Visual Fortran 中新建动态链接库工程，输入工程名(使用FAST调用时名称必须为DISCON,不区分大小写)和文件存放目录（不要有中文路径）。
控制学科知识点总结
控制学科知识点总结控制工程学科是一门研究如何设计、分析和控制动态系统的学科，它广泛应用于工业自动化、航空航天、电力系统、交通运输等领域。
控制工程是一门交叉学科，涉及数学、物理、计算机科学和工程学等多个领域。
本文将从控制系统的基本概念、控制器的设计、稳定性分析和控制系统优化等方面对控制学科的知识点进行总结。
一、控制系统的基本概念1.1 控制系统的定义控制系统是指以一定的规律控制某一对象达到既定的性能要求，使系统在一定的环境条件下按照要求运动和工作。
1.2 控制系统的组成控制系统由输入、输出和反馈组成。
其中，输入是指控制系统的输入量，例如控制器的控制信号；输出是指控制系统的输出量，例如被控对象的运动状态；反馈是指将被控对象的输出量转换成控制系统的输入量，以实现控制系统的闭环控制。
1.3 控制系统的分类控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制对象和被控对象之间没有反馈信号，闭环控制系统是指控制对象和被控对象之间有反馈信号。
1.4 控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、精度、快速性和鲁棒性。
其中，稳定性是指控制系统在外部干扰和参数变化下保持稳定；精度是指控制系统的输出量与参考输入量之间的偏差；快速性是指控制系统的响应速度；鲁棒性是指控制系统对参数变化和扰动的抗干扰能力。
1.5 控制系统的数学建模控制系统的数学建模是指用数学方法描述控制系统的结构和运动规律。
常见的控制系统数学模型包括微分方程模型、状态空间模型和传递函数模型。
二、控制器的设计2.1 控制器的基本类型控制器根据其控制方式可分为比例控制器、积分控制器、微分控制器和比例积分微分（PID）控制器。
其中，比例控制器根据误差大小控制输出量；积分控制器根据误差的累积控制输出量；微分控制器根据误差的变化率控制输出量；PID控制器综合考虑了误差、误差积分和误差微分来控制输出量。
2.2 控制器的设计方法控制器的设计方法包括经验法、试错法、校正法和数学分析法。
控制系统设计课程总结整理版
4. 白噪声的相关函数，什么是白噪声（意义，对系统的影响）
答： 有些噪声信号， 如电子设备的热噪声， 其频谱是常值， 且从零频率一直延伸到大大超
出系统的带宽。这样的噪声一般称白噪声。
一阶系统在白噪声通过的输出均方值与一个带宽为
/ 2T I 的理想滤波器相同，系统本
身带宽为（ 1/T）而 / 2T和 I 可以用于计算系统的等效噪声带宽，设计系统时，力求获得
1
G(s)
，对象带宽为
Tps 1
1/Tp ，则系统带宽易取：
c 3 / Tp ，然后取增益，增益满足静态误差要求即可（
1/(1+ K p )），有增益和带宽即可求
出转折频率，最后再使用反馈校正，反馈加在执行机构上，传递函数为
Go (s)
To s 取
Tos 1
To Tp 即可。
五．伺服系统的设计
伺服系统：，跟踪误差 等。调节方法就是校正，有微分，超前，迟后，反馈等形式）
积分环节主要用来消除系统稳态误差， 的相位滞后不致影响系统的稳定性。
积分规律应在到达中频段时就衰减掉，
使其带来
2.过程控制系统的设计特点
答：①若采用比例微分规律，应该用其幅频特性增加比较平缓的频段，
1/Tds w c 。
②过程控制系统增益低， 小或消除静差。 ③综上，基本控制规律是 有限。
带宽窄， 所以在控制规律中要加积分环节来提高其低频段增益以减 PI，微分项 D 则可以在一定程度上提高系统的稳定性，但其作用
I
1
Kv /s
0
1/ K v
II
2
0
0
K a /s
加速度
1/ K a
3. 动态误差的频域解释（动态系数法的频率）
控制系统总结
1.1关于控制的基本概念：1）控制对象：被控制的设备或生产过程。
例如：核电厂功率控制系统中的反应堆动力装置。
2）被控制量：为控制对象的输出量，表征生产过程是否符合规定工况的物理量。
例如：反应堆的功率，稳压器的水位、压力等。
3）给定值：希望被控制量应该具有的量值或目标值。
可以是常量可以是随时间任意变化的量。
4）控制量，由控制作用加以改变，使被控制量跟踪给定值的物理量。
例如反应堆功率控制中的反应性。
5）扰动：扰动是一种对系统的输出量产生相反作用的信号。
如果扰动在系统内部，称为内扰，如果扰动在系统外部，称为外扰，外扰可看作是系统的输入量。
6）系统：是指相互联系又相互作用的对象的有机组合。
7）控制器：能按照预期要求产生控制信号以改变控制量的设备或装置。
8）反馈：是指系统的输出量全部或部分回送到到输入端，与输入量共同影响系统的输出。
9）开关量控制：是指被控设备只有两个状态，即开和关。
10）模拟量控制：是指对相应的执行机构的运动过程加以控制，使被控制量接近所要求的值。
模拟量控制采用的是连续变化的信号。
1.2自动控制系统的分类：1）按给定值分类：恒值调节系统：给定值不变。
随动控制系统：给定值改变，但预先不知规律。
程序控制系统：给定值改变，预先知道规律。
过程控制系统2）按系统结构分类：（1）前馈控制系统（开环控制系统）：按扰动调节优点：调节速度快。
缺点：没有“纠偏”能力。
（2）反馈控制系统（闭环控制系统）：按偏差调节优点：能消除误差缺点：调节速度慢（3）前馈-反馈控制系统（复合控制系统）：前馈—粗调，反馈—细调1.3自动控制系统的性能指标：1）稳定性指标：衰减率，衰减比2）准确性指标：动态偏差，静态偏差（稳态偏差）3）快速性指标：过渡时间，振荡周期频率1.4热工控制对象分类：有自平衡对象，无自平衡对象。
1.5比较器：用来比较输入信号和定制信号，经比较后产生一偏差信号，把信号送给控制器。
作用：比较被控参数的实测值和定制值，从而产生被控参数偏离定值的偏差。
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三、系统的过渡过程和性能指标
(1)稳态性能 对于单输入单输出系统来说，在时域中稳态响
应的性能指标是稳态误差，它等于系统在典型信号 作用下，时间t趋向于无穷大时的稳态输出与参考 输入整定的希望输出之差。
对于单位反馈系统，在不同参考输入信号作用下 的系统响应的稳态误差就是：
• (2). 参量模型 • 当数学模型是采用数学方程式来描述时，
称为参量模型。参量模型按其讨论域可分 为时域模型、复数域模型和频域模型。 •
三、 数学模型的建立
建立数学模型的主要方法有： 分析法和实验法
分析法特点：方程复杂，难解算
实验法关键：测试方法和测试信号的选 择；常用测试方法有：时域法、频率 法和统计法；常用的测试信号：单位 阶跃信号
4．按系统输出的变化规律分类 (2)程序控制系统 特点：在外界条件的作用下系统的输出按预定程
序变化 这类系统的给定值是变化的，但它是一个已知的
时间函数，或按预定的规律变化。比如金属热处理的 温度控制装置、数控机床的数控程序加工，就是这类 系统的例子。
4．按系统输出的变化规律分类 (3) 随动控制系统
(Qi Qo )dt Adh
三、 数学模型的建立
• Q变、i量Q，、o得h出都只是有时间Qi和的h变为量变，量因的而关还系需式消。去考中虑间到
变化量很微小，可以近似认为Qo与h成正比，与
阀门2的阻力系数Rs成反比，即
h
Qo
和上式合并，可得：
Rs
h (Qi Rs )dt Adh
三、 数学模型的建立
随机系统、集中参数系统与分布参数系统、时变 系统与时不变系统
控制系统总结
1，线性系统理论：叠加性，齐次性。
通过研究线性系统的状态在输入作用下的运动规律，解释系统的结构参数，动态行为和性能指标的内在关系，进而从能控能观两个基本概念出发，通过极点配置方法实现系统的状态反馈与状态观测器的设计。
2，最优控制理论：在给定的限制条件下，寻求一种使给定的受控系统的性能指标在一定意义下为最优的控制规律，状态的能控能观是最优控制的前提。
3，最优估计理论：最优滤波，即考虑受环境噪声和负载干扰时，系统的不确定性可以用概率和统计方法进行描述与处理。
4，系统辨识理论：根据系统输入输出的时间函数来描述系统的数学模型，通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的模型，用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变，以及设计控制器。
对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。
5，自适应控制：当被控对象的内部结构与参数及外部环境和扰动存在不确定性时，系统自身能在线良测和处理信息，随时辨识系统的模型，然后相应修改控制器的结构与参数。
（输入信号控制）。
6，非线性系统理论：主要研究非线性系统的状态的运动规律及改变这些规律的可能性与实现方法，建立并揭示系统的结构参数、行为和性能间的关系。
矩阵的秩：在线性代数中，矩阵A的列秩是A的线性独立的纵列的极大数目。
类似的，行秩是A的线性无关的横行的极大数目。
通俗一点说，如果把矩阵看成一个个行向量或者列向量，秩就是这些行向量或者列向量的秩，也就是极大无关组中所含向量的个数。
矩阵变换：交换矩阵的两行（行列式变号），非零数乘矩阵的某行所有元素，某一行所有元素乘一个数K后加到另一行对应的元素。
约旦标准型：主对角线是特征值，次对角线为1。
状态变量：是内部状态，完整描述系统运动的一组变量，它能确定系统未来的演化行为。
状态空间法：描述系统的方法通常有输入输出法和状态变量分析法，通常对系统时域或频域的分析均是运用输入输入法，关心的是系统的输入输出之间的关系，而不考虑系统内部的有关问题。
控制与设计知识点总结
控制与设计知识点总结控制与设计是指在各种工程领域中，对于系统的控制和设计过程进行总结和归纳。
在实际的工作中，掌握控制与设计的相关知识点是非常重要的。
本文将对控制与设计的一些常见知识点进行总结和概述，以帮助读者更好地理解和应用这些知识。
一、控制与设计概述控制与设计是指根据系统的需求，对系统进行设计和控制的过程。
它包括对系统的建模、分析、设计和实现等各个方面。
控制与设计可以应用于各种不同的领域，如机械、电子、自动化等。
二、控制与设计的基本原理1. 反馈控制原理：反馈控制是指通过对系统输出的监测和比较，根据差异来控制系统的输入，以达到预期的系统响应。
反馈控制的核心思想是通过进行反馈，不断调整系统的输入，使系统达到期望的状态。
2. 系统建模与分析：对于一个待控制的系统，首先需要进行系统的建模和分析。
系统建模是指根据系统的特性和需求，把系统抽象成数学模型。
系统分析是指对系统模型进行分析，推导出系统的特性和行为。
3. 控制器设计：控制器设计是指根据系统的特性和需求，设计一个合适的控制器，以实现对系统的控制。
常见的控制器设计方法有比例积分控制器（PI控制器）、比例积分微分控制器（PID控制器）等。
4. 信号处理与滤波：信号处理与滤波是控制与设计中重要的一个环节。
通过对系统输入信号进行处理和滤波，可以减小系统中的干扰和噪声，提高系统的抗干扰能力和稳定性。
三、控制与设计的应用领域1. 机械控制与设计：机械控制与设计是指在机械工程领域中，对机械系统进行控制和设计的过程。
它涉及到机械系统的动力学、运动规划、运动控制等方面。
2. 电子控制与设计：电子控制与设计是指在电子工程领域中，对电子系统进行控制和设计的过程。
它涉及到电子系统的信号处理、电路设计、电子元器件选型等方面。
3. 自动化控制与设计：自动化控制与设计是指在自动化工程领域中，对自动化系统进行控制和设计的过程。
它涉及到自动化系统的建模、控制算法设计、控制器配置等方面。
第4章 控制系统设计
4.2 控制系统的优化设计
（二）优化设计原理——单纯形法
常见的优化方法有黄金分割 法、单纯形法以及随机射线法， 其中单纯形法以其概念清晰、实 现便利等优良性能广泛为人们所 采用。所谓单纯形是指变量空间 内最简单的规则形体。单纯形法 的寻优原理可以用右图表示：
4.2 控制系统的优化设计
（三）目标函数的选取
【Closed-Loop Bode】—在弹出的图形窗口中显示闭环系统伯德图。
【Compensator Bode】—在弹出的图形窗口中显示环节C的伯德图。 【Open-Loop Nyquist】—在弹出的图形窗口中显示开环奈奎斯特图。
【Other Loop Responses】—选择所希望的各类显示曲线。
4.2 控制系统的优化设计
步骤3 ：MATLAB下优化的主程序 global kp; global ki; global i; i=1; result=fminsearch('*optm',[1 1]) % [1,1]是初值
步骤4 ：仿真运行 在MATLAB命令窗口键入主程序名enter
The end!
4.1 SISO Design Tool——举例
设单位负反馈系统被控对象的传递函数为
G( s) 60s 30 s 3 9s 2 17 s 10
应用 SISO Design Tool 设计调节器 Gc (s) ， 使系统的性能指标为 ts 1.0s ， p 10% 。
4.2 控制系统的优化设计
例：对象传递函数 G ( s) es 10 s 1 采用PI调节器，性能指标函数采用ITSE，即 J ，试确定调节器参数kp,ki。 步骤1.建立仿真模型
1
ts
控制系统设计知识点
控制系统设计知识点控制系统设计是工程领域中的一项重要技术，它涉及到自动化和控制工程的诸多方面。
了解和掌握控制系统设计的知识点对于从事相关工作的人员来说至关重要。
本文将介绍一些控制系统设计的基本概念和知识点，帮助读者加深对这一领域的理解和掌握。
一、控制系统概述控制系统是一个将输入信号转换为输出信号的系统。
它的目标是通过对输入信号的控制，使得输出信号达到预期的目标。
控制系统的基本组成部分包括传感器、执行器、控制器和反馈回路。
1. 传感器传感器是控制系统的输入设备，用于将被控制对象的状态转换为电信号或其他形式的信号，以便进行处理和控制。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
2. 执行器执行器是控制系统的输出设备，用于根据控制器的命令执行相应的动作。
常见的执行器包括电机、阀门、气缸等。
3. 控制器控制器是控制系统的核心部分，它根据传感器获取的信号和预设的控制算法，计算出相应的控制命令，并将命令传递给执行器。
常见的控制器包括PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。
4. 反馈回路反馈回路是控制系统中重要的一部分，它用于将执行器输出的信号进行测量，并与期望输出进行比较，从而形成控制误差信号，反馈给控制器进行调节，实现闭环控制。
反馈回路可以提高系统的稳定性和鲁棒性。
二、控制系统设计方法控制系统设计的方法有许多种，根据具体的应用场景和要求，可以选择不同的设计方法。
以下是几种常见的控制系统设计方法：1. 经验法经验法是一种基于经验和实践的控制系统设计方法。
它根据设计者的经验和对被控对象的了解，选择适当的控制器类型和参数，进行系统的调试和优化。
这种方法效率高，但往往需要经验丰富的设计者。
2. 模型法模型法是一种基于数学模型的控制系统设计方法。
它通过对被控对象建立数学模型，然后根据模型进行控制系统设计和分析。
模型法可以提供理论上的指导，并且可以进行模拟和仿真，但需要对被控对象进行较为准确的建模。
3. 优化法优化法是一种基于优化理论的控制系统设计方法。
控制系统设计
控制系统设计1. 简介控制系统是一种在工程领域中被广泛使用的技术，它能够对物理过程、机械设备、电子系统等进行监控和调节，以实现预期的目标。
控制系统设计是指根据给定的要求和限制，设计出一个能够稳定运行且满足所需功能的控制系统。
本文将介绍控制系统设计的基本原理、步骤以及常用的设计方法。
2. 控制系统设计的基本原理控制系统设计的基本原理包括反馈控制原理和前馈控制原理。
2.1 反馈控制原理反馈控制是指通过测量输出信号与期望信号的差异，产生一个误差信号，并通过控制器的调节作用，使误差信号趋近于零，从而达到稳定控制的目的。
反馈控制原理基于对系统状态的观察和调整，可以有效地抑制系统的不稳定性和不确定性。
2.2 前馈控制原理前馈控制是指根据期望输入信号的特性，预先计算出控制信号，并通过控制器直接施加到系统上，以实现对系统行为的预期调节。
前馈控制原理基于对输入信号的预测和补偿，可以快速、准确地响应期望输入信号的变化，提高系统的动态性能。
3. 控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤可以概括为系统分析、系统建模、控制器设计和系统实现等几个阶段。
3.1 系统分析在系统分析阶段，需要对控制对象进行详细的分析和了解，包括系统的输入输出特性、动态响应、稳定性需求等。
同时，还需要明确控制系统的目标和要求，例如控制精度、响应时间、鲁棒性等。
3.2 系统建模系统建模是指将控制对象抽象为数学模型，以便进行分析和设计。
常见的系统建模方法包括传递函数模型、状态空间模型等。
在系统建模过程中，需要根据系统的物理特性和系统分析的结果，选择合适的模型结构和参数。
3.3 控制器设计控制器设计是根据系统模型和控制要求，设计出合适的控制算法或控制策略。
常用的控制器设计方法包括比例积分微分（PID）控制器设计、模糊控制器设计、自适应控制器设计等。
控制器设计的目标是使系统在各种工况下都能保持稳定并满足性能要求。
3.4 系统实现系统实现阶段将控制器设计方案转化为具体的工程实施方案。
电气控制系统的设计基础知识讲解
③ 利用半导体二极管的单向导电性来 有效减少触头数，如图4.4所示。对于弱电 电气控制电路，这样做既经济又可靠。
1.15
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
图4.3 转换触头的应用
1.5
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
在现代生产的控制设备中，对机— 电、液—电、气—电等设备的配合要求越 来越高。虽然生产机械的种类繁多，其电 气控制设备也各不相同，但电气控制系统 的设计原则和设计方法基本是相同的。
1.6
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
1.3
第4章 电气控制系统的设计
教学目的
1. 熟悉电气控制设计的一般原则、内容和 程序
2. 掌握电气原理图设计的基本步骤 3. 掌握电气原理图设计的一般要求 4. 掌握常用电器元件的选择方法和依据 5. 了解电气工艺设计的内容和步骤
1.4
第4章 电气控制系统的设计
（一）重点： 1.电气控制设计的一般原则、内容和程序 2. 电气原理图设计的一般要求 3. 常用电器元件的选择方法和依据 （二）难点： 1. 电气原理图和工艺图的设计 2. 常用电器元件的选择
(9) 防止寄生电路。控制电路在正常工作或事故情况下， 发生意外接通的电路叫寄生电路。若控制电路中存在寄生电路 ，将破坏电器和线路的工作顺序，造成误动作。图4.11所示电 路在正常工作时能完成正、反向启动，停止时信号指示，但当 热继电器FR动作时，线路出现了寄生电路，如图4.11中虚线所 示，使正向接触器KMl不能释放，起不了保护作用。
1.9
控制系统设计方法基础知识入门
控制系统设计方法基础知识入门一、什么是控制系统设计方法基础知识控制系统设计方法基础知识是指在控制工程领域中，用于设计和实现控制系统的核心概念、原理、方法和技术的基本知识体系。
它是控制系统设计过程中必不可少的基础，能够帮助工程师理解、分析和解决控制系统设计中的关键问题。
二、控制系统设计方法基础知识的重要性控制系统设计方法基础知识对于保证控制系统的稳定性、性能和可靠性至关重要。
它涉及到控制系统的数学建模、系统辨识、控制器设计、稳定性分析、性能评估等方面的内容，是实现自动控制的基础。
只有掌握了这些基础知识，才能够设计出满足要求的控制系统。
三、控制系统设计方法基础知识的主要内容1. 数学建模在控制系统设计过程中，需要对被控对象进行数学建模，以便于系统分析和控制器设计。
常用的数学建模方法包括传递函数模型、状态空间模型等。
2. 系统辨识系统辨识是控制系统设计的重要环节，它通过对实际系统进行实验，提取系统的数学模型参数。
常用的辨识方法有最小二乘法、频域辨识法等。
3. 控制器设计控制器是控制系统的核心部分，它根据系统的特性设计出合适的控制策略，将输入信号转化为输出信号，以实现对系统的控制。
常见的控制器设计方法有经典控制方法、现代控制方法等。
4. 控制系统稳定性控制系统的稳定性是评估控制系统性能的重要指标，它决定了系统是否能够在稳定状态下工作。
稳定性分析方法有极点位置判据、频域判据等。
5. 控制系统性能评估除了稳定性外，控制系统的性能评估也是设计过程中需要考虑的关键指标。
常用的性能评估指标包括超调量、响应时间、稳态误差等。
四、掌握控制系统设计方法基础知识的途径1. 学习基础理论掌握控制系统设计方法基础知识需要建立在扎实的数学、物理、信号与系统等基础理论上。
通过系统地学习这些基础理论，能够为后续的控制系统设计打下坚实的基础。
2. 阅读相关文献和教材控制工程领域有很多经典的著作和教材，通过阅读相关文献和教材，可以了解到控制系统设计方法基础知识的发展历程和最新研究成果。
第一章 控制系统的基本知识(网络)
前馈控制系统
前馈--反馈控制系统
例题1
锅炉化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸 汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带 液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低， 轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽 包水位进行严格的控制。下图是一锅炉汽包水位控制示意图，要求： 1）画出该控制系统的方块图； 2）指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是 什么？ 3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制。
蒸汽 汽 包
LT
LC
加 热 室
冷水
锅炉汽包水位控制示意图
解：(1)锅炉汽包水位控制系统方块图：
扰动
h0 e Z 测量变送 控制器 u 执行器 m 锅炉汽包 H
（2）被控对象 ：锅炉汽包；
被控变量：锅炉汽包水位； 操纵变量：锅炉给水量； 扰 动 量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量、燃烧状况等
（3）当蒸汽负荷突然增加，汽包液位下降，偏差e=h0－Z增加， u增加，m也增加，即进水阀门开度增加，液位升高。
§1.5
控制系统的分类
比例 比例积分
温度控制系统
●按被控 压力控制系统 ●按控制器的控制 比例微分 变量分： 流量控制系统 规律分： 比例积分微 液位控制系统 分 成分控制系统等：
●按给定值的特点分：
定值控制系统
随动控制系统 程序控制系统
程序控制系统的设定值也是变化， 但它是一个已知的时间函数，即设 定值按一定的时间程序变化。
化工过程生产自动化，一般包括以下四个的主要内容:
1.自动检测系统 是生产过程中的安全装置。 当工艺参数超过了允许范围， 2.信号联锁保护系统 在事故即将发生前，信号联 锁保护系统就自动地发生声 3.自动操纵及自动开停车系统 光信号，告诫操作人员注意， 并及时采取措施。若工况已 4.自动控制系统 达危险状态时，联锁系统立 即自动采取紧急措施，打开 安全阀或切断某些通路，必 要时紧急停车，以防事故发
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控制系统设计总结完整版一. 频谱分析1. 频谱概念答：傅里叶级数的系数表示了各次谐波的幅值和相位，这些系数的集合成为频谱。
2. 线状谱，连续谱答：周期信号对其求傅里叶级数，可得到其频谱，周期信号的频谱是离散的；非周期信号一般可视为T →∞的周期信号，对其取傅氏变换得到频谱，一般来说，其频谱是连续的。
非周期信号可以进行周期延拓，这时它的频谱就是对应周期信号的频谱的包络线，但幅值有可能不同。
3. 典型频谱特性（阶跃谱，常值谱，脉冲谱，余弦谱）答：脉冲信号的频谱是一常值A 且包含所有的频率，频谱丰富。
余弦谱若输入为t A 1cos ω，则其线谱为 -1δ处的两个f f ±=函数（脉冲函数）构成，脉冲函数的面积为2A ，即幅值是2A 。
常值谱在所有的频段上均为零，仅在零频率（直流）上有一个-δ函数。
阶跃谱有一个连续变化的部分和一个-δ函数，-δ函数代表直流分量，其他各次谐波构成以连续谱，连续谱随频率增加很快衰减。
（P18）4. 离散，快速傅里叶变换的区别答：①DFT 为离散傅里叶变换，是用数值计算的方法求信号的频谱。
其一般公式为：()()1-1,0,/2-1-0*N k e n f k F N jnk p N n ⋯==∑=π对一段给定的信号，在一个周期内取N 个采样点，求其离散傅里叶变换，再除以N 就可得对应的线谱。
②FFT 为快速傅里叶变换，它是为了提高DFT 的计算效率而提出的。
对FFT 而言，一般要求时间点数为2的整数次方，即r N 2=。
5. 如何改变谱密度答：线谱之间的距离T w /2π=∆，增大周期T ，谱线距离减小，谱密度增大。
6. 频谱的参数有什么影响答：二．输入信号和跟踪误差1. 典型输入信号设计答：系统设计时，输入信号是从工作信号中提取抽象的，也就是典型工作信号作为系统设计时的输入信号，一般也作为系统鉴定时的检测信号。
典型信号的确定P36：①根据系统预定执行的任务来确定②确定典型输入时要对实际情况做一些简化2. 计算误差方法答：P41；令)()()(s A s B s K s G γ=，当γ=0时为0型系统，K 用p K 表示，γ=1时为I 型系统，K 用v K 表示，γ=2时为II 型系统，K 用a K 表示，静态误差：3.动态误差的频域解释（动态系数法的频率）答：当输入信号变化时，跟踪过程中的误差信号可以看作是由输入信号中的位置，速度，加速度等分量引起的，各项误差与相应的分量的比例系数就成为动态误差(P42)（为什么动态误差系数法计算误差时只进行有限项计算数就可以达到极高精度？）因为系统对输入的响应一段时间以后会趋于稳定，所以误差经一定时间后也趋于很小范围，也就是说误差主要体现在相应的初始阶段，所以动态误差系数法计算误差时可以计算有限项即可。
之后系统趋于稳定时，误差也很快趋于0，所以有限项运算也可以获得较高精度。
4. 第一个转折频率的物理意义（低频/高频的区分）答：当输入信号频谱的主要部分处于系统的低频段且低于第一个转折频率时，系统的特性就可以用低频模型来代替。
附加1：在控制系统设计时，为什么不是以标准信号作为系统的输入信号，而是以典型信号作为输入信号？答：因为系统工作输入的是工作信号，典型信号是对工作信号的一种近似。
设计时，只有以典型信号作为输入信号，按照性能的要求设计系统的结构和参数，才能保证系统在工作时能符合性能和稳定性的要求。
系统的误差和输入信号形式和系统结构都有关。
三．噪声和它引起的误差1. 噪声和干扰的区别（噪声的概念和意义）答：①干扰与有用信号分开，一般是可测量的或是能观测的，噪声与有用信号混杂，无法分离出来。
干扰可以抑制，但是噪声只能衰减。
②干扰一般作用在系统的中间环节，噪声一般是由于测量带来的，一般作用在系统的输出输入端。
③干扰和噪声都是随机信号。
噪声的概念：混在有用信号上的外加信号常称作“噪声”，噪声一般是由测量带来，作用于系统的输入端或输出端。
2. 时域（用什么函数）描述随机信号答：概率密度函数3. 信号之间相关关系答：平稳随机过程（统计特性不随时间变化，均值为常值，协方差函数仅与时间差相关），且均值为0时，相关函数就是均值为零的协方差函数。
相关函数表示了距离为τ的前后两瞬间的关联程度。
P574. 白噪声的相关函数，什么是白噪声（意义，对系统的影响）答：有些噪声信号，如电子设备的热噪声，其频谱是常值，且从零频率一直延伸到大大超出系统的带宽。
这样的噪声一般称白噪声。
一阶系统在白噪声通过的输出均方值与一个带宽为I T ππ=2/的理想滤波器相同，系统本身带宽为（1/T ）而I T ππ和2/可以用于计算系统的等效噪声带宽，设计系统时，力求获得最小的等效噪声带宽。
5. 均方误差（计算？）答：均方误差定义：P71，I π2附加1：相关函数与谱密度是什么关系（不同）？答：关系：相关函数是谱密度的傅氏积分，谱密度是相关函数的傅氏变换，两者是一对傅氏变换，对应着时域和复频域。
不同：相关函数是零均值的平稳随机过程的均方差函数，谱密度是信号的标本函数x(t)，(t)τx 是其频谱，2(jw)21lim T T X T∞→为功率谱密度，它代表信号功率（能量）在频谱上的分布，二者是傅氏变换与反变换的关系。
附加2：带宽的大小对系统的跟踪误差、干扰误差、噪声误差有什么影响？ 答：①设计时，要保证系统带宽大于等于输入信号和干扰信号的频谱，从而保证精度，抑制干扰。
要保证系统带宽小于噪声所规定的性能界限，衰减噪声。
②贷款太窄，不能很好地复现输入，抑制干扰，跟踪误差，干扰误差大。
带宽太宽，会进入系统的不确定部分，噪声误差大。
③通常带宽和系统增益互相影响，互相制约。
当增益大时，跟踪误差、干扰误差减小，噪声误差增大。
四．控制系统的设计1. 不确定性的概念（噪声，干扰）答：不确定性指的是设计所用的数学模型与实际物理系统之间的差别。
其表示方法有两种：加性不确定性和乘性不确定性。
2. 控制系统设计准则（应优先保证什么条件）答：①名义系统应该是稳定的。
名义系统是对实际系统的建模描述，如实际系统(s)G ，其名义系统为(s)0G ，对此系统控制时，微分控制规律为(s)K ，则要求(s)(s)G 10K +必须是稳定的。
②低频段增益应高于跟踪误差和干扰抑制所要求的性能界限(w)ps 。
因为低频段主要体现跟踪误差，所以低频段增益必须保证足够大才能将系统跟踪误差等控制在要求范围内。
③系统高频段应低于不确定性所要求的界限函数。
不确定性是指实际系统与名义系统之间的差别，产生主要原因是参数不确定性和未建模动态性引起的，表示方法有加性不确定性。
G (s)(s)G (s)0∆+=G 和乘性不确定性[](s)L(s)1(s)0G G +=。
由名义系统与实际系统的差别，系统若穿越不确定性界限易因参数变化引起系统不稳定。
（应优先保证系统的稳定性，即优先保证名义系统稳定，又要是高频段低于不确定界，在此前提下才能尽可能提高性能。
）3. 0型系统的设计答：令控制对象为一阶，有11)(+=s T s G p ，对象带宽为p T /1，则系统带宽易取：p c T /3≈ω，然后取增益，增益满足静态误差要求即可（1/(1+p K )），有增益和带宽即可求出转折频率，最后再使用反馈校正，反馈加在执行机构上，传递函数为1)(+=s T s T s G o o o 取p o T T =即可。
五．伺服系统的设计伺服系统：是指输出跟随指令变化的系统。
（输出跟随输入，指标有跟踪速度，跟踪误差等。
调节方法就是校正，有微分，超前，迟后，反馈等形式）例如位置跟踪系统，常见于机电系统。
伺服系统主要满足跟踪精度的要求。
又称随动系统、跟踪系统。
要求输出能复现输入，抑制干扰，衰减噪声。
一般要采取校正，在带宽和增益之间找这种点，在保证稳定性的前提下，尽量满足性能指标。
1. 基本I型和改进I型的区别答：基本I型是在整个频带上只有一个转折点，而改进I型频率特性由三段构成，-20，,-40，-20。
二者Bode图：改进I型系统和基本I型比较而言，有两种优点：①在保证相等带宽情况下可获得极大低频段增益，抑制低频段误差等。
②在相同增益（特别是低频段）时，改进I型能有更低的带宽，可以降低噪声误差，也可以获得更好的鲁棒性。
所以，进行I型审计时，可以优先保证低频段增益和不确定性界限在输入信号频带之间，即以-40dB/dec下降。
在一个较合适的位置在满足系统稳定性能指标下，任取一个满足设计要求的以-20dB/dec穿越0分贝线即可。
2.II型系统的应用场合（设计准则）答：II型系统一般用于重型设备，如远程的高炮、大型天线等。
这是因为这些设备比较笨重，其传动往往需要一套比较复杂的装置。
（如果对象的带宽较低，而所要求的精度又较高，这时可选II 型系统来提高低频段增益）II 型1应用时，可能出现的问题：①由于传动系统存在齿隙，易造成系统的自震荡。
②由于对象的带宽低，若干扰较大，干扰频谱宽，就不能良好的抑制干扰。
③由于II 型系统型别高，相角滞后，在大信号输入作用下，也有可能造成系统稳定性降低。
3. 系统校正（超前，迟后，反馈）的含义和作用答：①超前： ②迟后：又称积分校正，传递函数Ts1Ts 1(s)α++=D ， 1>α 迟后校正的增益到高频段要衰减α倍。
1、系统设计中如果满足了增益要求，带宽有可能会超出允许范围，造成不稳定，这时需要用迟后校正来压低带宽。
2、在保持带宽不变的情况下提高系统的增益。
③反馈：反馈校正的作用是可以抑制干扰的影响。
（微分环节的作用是提供超前的相角，增加系统的相角裕度，增加系统的阻尼比（对二阶系统效果明显））4. 迟后校正问题，好处（原因）答：迟后校正在低频部分的相位滞后有时会给系统带来问题。
尤其是II 型系统采用迟后校正后就成为一条件稳定系统。
所谓条件稳定系统是指增益在某一范围内才能稳定工作的系统。
增益大或小时都是不稳定的。
即使不构成条件稳定系统，迟后校正对于大信号下的系统特性也是不利的。
采用迟后校正后系统在打信号下的特性就变坏了，这种系统在承受干扰或者投入工作时，会出现大幅度的振荡，甚至不稳定。
六．调节系统的设计调节系统：是指将输出稳定在一个设定值不动的系统。
（任务是保持输出一定范围内保持不变，主要是一直干扰带来的输出波动。
指标有干扰误差等。
主要靠PID 校正来保证达到相应指标）系统主要考虑的问题就是抑制干扰。
调节系统的手段是利用PID 进行参数整定，以达到目的。
1. PID 含义答：P 代表比例控制，I 代表积分控制，D 代表微分控制，P128:此类系统还可以分为两种，一种势以提供阻尼为主的PD 控制，另一种是采用PI 控制率的系统。
比例控制直接反映在系统增益上，和带宽直接有关。