自动控制系统重点归纳总结
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数学模型定义： 能够描述控制系统输出量和输入量数量关系的数学表 达式，是物理系统运动特性的数学抽象。 控制系统数学模型的主要形式（古典）： (1)微分方程（时间域） （5）信号流图（复数域） (2)传递函数（复数域） （6）差分方程（离散） (3)结构框图（复数域） （7）脉冲传递函数（离散） (4)频率特性 (频域)
动态结构图的编写、变换、化简
3、误差传递函数的求取
3、信号流图，梅逊公式求控制系统传函。
4、例题
结构图变换技巧
• 变换技巧一：向同类移动 分支点向分支点移动，综合点向综合点移动。 移动后再将它们合并，以减少结构图中分支点和 相加点的数目。一般适用于前向通道。
分支点移动
G1 G2
H2 G3 H3
j 1 i 1 n N i
m
在时域分析法中使用
◆传递函数第三种形式：
零极点形式（首1）， 在根轨迹法中使用
传递函数性质
1、固有性：传函是系统数学模型的又一种形式，表达了系统
把输入量转换成输出量的传递关系。它只和系统本身的特 性参数有关，而与输入量怎样变化无关。 2、利用传递函数可直接根据系统传递的某些特征来研究系 统的性能；也可以将对系统性能的要求转换成对传递函数
下，希望液面高度维持不变。试说明系统工
作原理，并画出系统结构图。
答：（1）工作原理：闭环控制方式。 （2）被控对象是水箱，被控量是水箱液位，给定 量是电位器设定位置（代表液位的希望值）。 主扰动是流出水量。
液位自动控制系统方框图
第2章 自动控制系统的数学模型
1、 数学模型
自动控制系统的分析与设计是建立在数学模型基础上的。
第3章
自动控制系统的时域分析
时域分析是通过直接求解系统在典型输入信号作 用下的时域响应来分析系统的性能的。通常以系统单 位阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差等性能指 标来评价系统性能的优劣。
主要内容
自动控制系统的时域指标 一阶系统的阶跃响应 二阶系统的阶跃响应 高阶系统的阶跃响应 自动控制系统的代数稳定判据 稳态误差
G3 H3 H3
H1
H1
• 变换技巧三：
在走投无路时，记住等效代数化简 是最根本的方法，它可以解决你在图形
变换法中解决不了的各种疑难问题。
例、误差传递函数的求取
定义：误差信号E(s)与输入信号Xr (s)之比
E s 1 1 We (s) X r (s) 1 Wg (s)W f (s) 1 WK (s)
6、有理性：实际系统的传递函数是s的有理分式函数，满足 n≥m 。 7、传递函数的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应，反之，系 统单位脉冲响应的拉氏变换是系统的传递函数，两者有一
一对应的关系。
8、局限性：只反映零初始条件下输入信号引起的输出，不能 反映非零初始条件引起的输出。
1、熟悉典型环节传递函数
2、控制系统的传递函数的求取
b、用复阻抗法求（电器网络）
适合于求简单、典型环节传递函数
2）利用结构图等效变换；图形化的数学模型 3）利用信号流图。与结构图在本质上是一致的
传递函数的表达形式有三种：
b0 s m b1s m 1 W s X r s a0 s n a1s n 1
m
◆传递函数第一种形式：
建模的基本方法:
(1) 机理分析法
(2) 统计法（辨识法）
（白箱） （黑箱）
(3)实验测取
2、传递函数
传递函数的定义： 零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变 换之比。
X c ( s) W ( s) X r ( s)
பைடு நூலகம்
传递函数的求取
传递函数的求取方法：
1）利用传递函数的定义；a、零初始条件下取拉氏变换；
的要求，从而对系统的设计提供简便的方法。
3、对应性：传递函数与微分方程一一对应。如果将s 置换，传递函数 微分方程。
d dt
4、同形性： W(s)虽描述了输出输入间的关系，但它不提供 任何该系统的物理结构。物理性质截然不同的系统或元件
，可以有相同的传递函数。 5、特殊性：传递函数仅适用于线性定常系统。
,
(t 0)
4T，当 2%时 调节时间 ts 3T，当 5%时
tm和％不存在
标准形式、有理分式形
式或多项式形式
Xc s
bm 1s bm an 1s an
nm
W s
K (Ti s 1) s N (T j s 1)
j 1 i 1 n N
◆传递函数第二种形式：
时间常数形式（尾1），
W s Kg
(s z )
s N (s p j )
第一章
自动控制系统的基本概念
基本术语：反馈量，扰动量，输入量，输出量，被控对象；
基本结构：开环，闭环，复合；
基本要求：暂态，稳态，稳定性。 本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础 上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、
基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动；
输入量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。
向同类移动
G4
H1
H2 G1 G2
H1
1 G4
G3 a G4 H3
b
• 变换技巧二：作用分解
同一个变量作用于两个综合点，或 者是两个变量作用于同一个方框，可以
把这种作用分解成两个单独的回路，用
以化解回路之间的相互交连。一般适用
于反馈通道。
G4 G1 H1 G4 G1 G2 G2 G3 H3
作用分解
开环控制系统的特点： 闭环控制系统的特点： 自动控制系统的本质特征： 闭环控制系统的基本组成，每个环节的作用。
闭环控制系统的组成和基本环节
闭环控制系统的结构（示意）图
控制器
要求精 度要高 1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节； 5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置
题1-9、图为液位自动控制系统示意图。在任何情况
自动控制系统的时域分析
对控制性能的要求
（1）系统应是稳定的； 稳定性 稳态特性 暂态特性
三性
（2）系统达到稳定时，应满足给定的稳态误差 的要求； （3）系统在暂态过程中应满足暂态品质的要求。
1、系统的响应过程及稳定性
一阶系统的单位阶跃响应
1 t T
1 WB ( s ) Ts 1
单位阶越响应： xc (t ) 1 e
动态结构图的编写、变换、化简
3、误差传递函数的求取
3、信号流图，梅逊公式求控制系统传函。
4、例题
结构图变换技巧
• 变换技巧一：向同类移动 分支点向分支点移动，综合点向综合点移动。 移动后再将它们合并，以减少结构图中分支点和 相加点的数目。一般适用于前向通道。
分支点移动
G1 G2
H2 G3 H3
j 1 i 1 n N i
m
在时域分析法中使用
◆传递函数第三种形式：
零极点形式（首1）， 在根轨迹法中使用
传递函数性质
1、固有性：传函是系统数学模型的又一种形式，表达了系统
把输入量转换成输出量的传递关系。它只和系统本身的特 性参数有关，而与输入量怎样变化无关。 2、利用传递函数可直接根据系统传递的某些特征来研究系 统的性能；也可以将对系统性能的要求转换成对传递函数
下，希望液面高度维持不变。试说明系统工
作原理，并画出系统结构图。
答：（1）工作原理：闭环控制方式。 （2）被控对象是水箱，被控量是水箱液位，给定 量是电位器设定位置（代表液位的希望值）。 主扰动是流出水量。
液位自动控制系统方框图
第2章 自动控制系统的数学模型
1、 数学模型
自动控制系统的分析与设计是建立在数学模型基础上的。
第3章
自动控制系统的时域分析
时域分析是通过直接求解系统在典型输入信号作 用下的时域响应来分析系统的性能的。通常以系统单 位阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差等性能指 标来评价系统性能的优劣。
主要内容
自动控制系统的时域指标 一阶系统的阶跃响应 二阶系统的阶跃响应 高阶系统的阶跃响应 自动控制系统的代数稳定判据 稳态误差
G3 H3 H3
H1
H1
• 变换技巧三：
在走投无路时，记住等效代数化简 是最根本的方法，它可以解决你在图形
变换法中解决不了的各种疑难问题。
例、误差传递函数的求取
定义：误差信号E(s)与输入信号Xr (s)之比
E s 1 1 We (s) X r (s) 1 Wg (s)W f (s) 1 WK (s)
6、有理性：实际系统的传递函数是s的有理分式函数，满足 n≥m 。 7、传递函数的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应，反之，系 统单位脉冲响应的拉氏变换是系统的传递函数，两者有一
一对应的关系。
8、局限性：只反映零初始条件下输入信号引起的输出，不能 反映非零初始条件引起的输出。
1、熟悉典型环节传递函数
2、控制系统的传递函数的求取
b、用复阻抗法求（电器网络）
适合于求简单、典型环节传递函数
2）利用结构图等效变换；图形化的数学模型 3）利用信号流图。与结构图在本质上是一致的
传递函数的表达形式有三种：
b0 s m b1s m 1 W s X r s a0 s n a1s n 1
m
◆传递函数第一种形式：
建模的基本方法:
(1) 机理分析法
(2) 统计法（辨识法）
（白箱） （黑箱）
(3)实验测取
2、传递函数
传递函数的定义： 零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变 换之比。
X c ( s) W ( s) X r ( s)
பைடு நூலகம்
传递函数的求取
传递函数的求取方法：
1）利用传递函数的定义；a、零初始条件下取拉氏变换；
的要求，从而对系统的设计提供简便的方法。
3、对应性：传递函数与微分方程一一对应。如果将s 置换，传递函数 微分方程。
d dt
4、同形性： W(s)虽描述了输出输入间的关系，但它不提供 任何该系统的物理结构。物理性质截然不同的系统或元件
，可以有相同的传递函数。 5、特殊性：传递函数仅适用于线性定常系统。
,
(t 0)
4T，当 2%时 调节时间 ts 3T，当 5%时
tm和％不存在
标准形式、有理分式形
式或多项式形式
Xc s
bm 1s bm an 1s an
nm
W s
K (Ti s 1) s N (T j s 1)
j 1 i 1 n N
◆传递函数第二种形式：
时间常数形式（尾1），
W s Kg
(s z )
s N (s p j )
第一章
自动控制系统的基本概念
基本术语：反馈量，扰动量，输入量，输出量，被控对象；
基本结构：开环，闭环，复合；
基本要求：暂态，稳态，稳定性。 本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础 上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、
基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动；
输入量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。
向同类移动
G4
H1
H2 G1 G2
H1
1 G4
G3 a G4 H3
b
• 变换技巧二：作用分解
同一个变量作用于两个综合点，或 者是两个变量作用于同一个方框，可以
把这种作用分解成两个单独的回路，用
以化解回路之间的相互交连。一般适用
于反馈通道。
G4 G1 H1 G4 G1 G2 G2 G3 H3
作用分解
开环控制系统的特点： 闭环控制系统的特点： 自动控制系统的本质特征： 闭环控制系统的基本组成，每个环节的作用。
闭环控制系统的组成和基本环节
闭环控制系统的结构（示意）图
控制器
要求精 度要高 1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节； 5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置
题1-9、图为液位自动控制系统示意图。在任何情况
自动控制系统的时域分析
对控制性能的要求
（1）系统应是稳定的； 稳定性 稳态特性 暂态特性
三性
（2）系统达到稳定时，应满足给定的稳态误差 的要求； （3）系统在暂态过程中应满足暂态品质的要求。
1、系统的响应过程及稳定性
一阶系统的单位阶跃响应
1 t T
1 WB ( s ) Ts 1
单位阶越响应： xc (t ) 1 e