自动控制理论第二章1

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《自动控制原理》绪论、第1、2章(新)

《自动控制原理》绪论、第1、2章(新)
第一章 自动控制系统的基本概念 1.1 开环控制系统与闭环控制系统 1.2 闭环控制系统的组成和基本环节 1.3 自动控制系统的类型 1.4 自动控制系统的性能指标 第二章 自动控制系统的数学模型 2.1 动态微分方程式的编写 2.2 非线性数学模型线性化 2.3 传递函数 2.4 系统动态结构图 2.5 系统传递函数和结构图的等效变换 3学时 (2) (1)
1、线性系统— 系统中各组成部分或元件特性可以用线性微分方程式 来描述的系统。 特点: (1)满足叠加原理。(对线性系统,初始条件为零时,几 个输入信号同时作用在系统上所产生的输出信号,等 于各输入信号单独作用时产生的输出信号的和。) (2)系统的运动方程式可以用线性微分方程式来描述,暂 态特性与初始条件无关。 (3)系统为线性定常系统。 2、非线性系统 —当系统中存在非线性元件或具有非线性特性,其运 动方程用非线性微分方程式来描述。 特点: 不满足叠加原理;暂态特性与初始条件有关。
第四章
4.1 4.2 4.3
根轨迹法的基本概念 根轨迹的绘制法则 用根轨迹法分析系统的暂态特性
( 2) (4) (2)
第五章 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6
频率法 12学时 频率特性的基本概念 频率特性的基本方法 典型环节的频率特性 系统开环频率特性的绘制 用频率法分析控制系统的稳定性 系统暂态特性和开环闭环特性的关系 6学时
3、典型的非线性环节特性
4、两者的关系(参考教材Page6)
二、 连续数据系统和离散数据系统
1 、连续数据系统—— 信号为模拟的连续函数。 2、离散数据系统 —— 系统中一处或多处,信号以序列 或数码形式传递。 3、两者研究方法比较 连续:微分方程 — 拉氏变换 — 传递函数和频率特性 分析 离散:差分方程 — Z变换 —— 脉冲传递函数和频率 特性分析

自动控制理论第二章习题答案

自动控制理论第二章习题答案
Q=K P
式中 K 为比例常数, P 为阀门前后的压差。若流量 Q 与压差 P 在其平衡点 (Q0 , P0 ) 附近作微小变化,试导出线性化
方程。 解:
设正常工作点为 A,这时 Q0 = K P0
在该点附近用泰勒级数展开近似为:
y
=
f
(
x0
)
+

df (x) dx

x0
(
x

x0
)
即 Q − Q0 = K1 (P − P0 )
其中 K1
= dQ dP P=P0
=
1K 2
1 P0
2-7 设弹簧特性由下式描述:
F = 12.65 y1.1
其中,是弹簧力;是变形位移。若弹簧在变形位移附近作微小变化,试推导的线性化方程。 解:
设正常工作点为 A,这时 F0
=
12.65
y1.1 0
在该点附近用泰勒级数展开近似为:
2-3 试证明图2-58(a)的电网络与(b)的机械系统有相同的数学模型。
2
胡寿松自动控制原理习题解答第二章
图 2-58 电网络与机械系统
1
解:(a):利用运算阻抗法得: Z1
=
R1
//
1 C1s
=
R1 C1s
R1
+
1 C1s
=
R1 = R1 R1C1s + 1 T1s + 1
Z2
=
R2
+
1 C2s
(C2
+
2C1 )
du0 dt
+ u0 R
=
C1C2 R
d 2ui dt 2

自动控制原理第2章

自动控制原理第2章
自动控制理论
电气信息学院
任课教师: 高秀梅
1
第二章 控制系统的数学模型
§2-1 微分方程 §2-2 传递函数 §2-3 动态结构图 §2-4 信号流图 §2-5 梅逊(Mason)公式 §2-6 自动控制系统的传递函数
2
一、什么是数学模型? 二、为什么要建立数学模型? 三、建立数学模型的方法? 四、数学模型的形式有哪些?
2) . 比例定理: f (t ) Kf1 (t ), L[ f1 (t )] F1 (s) 若 则 st
0
L[ f (t )] Kf1 (t )e dt KF1 ( s)
1)和2)为拉氏变换的线性特性。 3). 微分定理: 若 L df (t ) df (t ) e at dt sF (s) f (0 ) dt dt 0 则
1、系统输入量: F(t) 输出量: y(t) 2、列写方程组:
F(t)
k m f y(t)
11
§2-1 微分方程
3、消去中间变量并写成标准形式:
m d y (t ) f dy ( t ) 1 y (t ) F (t ) 2 k k dt k dt
令T
2 2
2
m f 1 , , K k k 2 mk

T
d y (t ) dt 2
dy ( t ) 2 T y ( t ) KF ( t ) dt
12
§2-1 微分方程
例3 求下图的微分方程
i1
i1
i
i2
13
§2-1 微分方程 二、线性微分方程式的求解
工程实践中常采用拉氏变换法求解线 性常微分方程。 拉氏变换法求解微分方程的基本思路:

自控第2章(1)

自控第2章(1)

例1 试列写如图所示RLC无源网络的微分方程 试列写如图所示RLC RLC无源网络的微分方程
解: (1) 确定电路的输入量和输出量 + (2) 列出原始微分方程式 (3) 消去中间变量,把微分方程 ur(t) 消去中间变量, 整理成标准形式 -
L R i C - + uc(t)
d 2 uc ( t ) duc ( t ) LC + RC + uc ( t ) = ur ( t ) 2 dt dt
Kg =
K1K2 K3 Km
(i + K1K2 K3 KmKt )
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′ = KC KC
(i + K1K2 K3 Km Kt )
2.2 控制系统的复数域数学模型

2.2.1传递函数 2.2.1传递函数 传递函数:是在零初始条件下,系统输出量的拉氏变 传递函数:是在零初始条件下, 换与输入量的拉氏变换之比。 换与输入量的拉氏变换之比。 一是指输入量是在t≥0时才作用于系统, 一是指输入量是在t≥0时才作用于系统,则在 t≥0时才作用于系统 t=0时 系统输入量r(t)以及其各阶导数均为零; r(t)以及其各阶导数均为零 t=0时,系统输入量r(t)以及其各阶导数均为零; 二是指输入量加于系统之前, 二是指输入量加于系统之前,系统处于稳定的 工作状态,即输出量c(t)及其各阶导数在t=0 c(t)及其各阶导数在t=0时的 工作状态,即输出量c(t)及其各阶导数在t=0时的 值也为零。 值也为零。
华中科技大学文华学院 Company
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自动控制理论
制作人:范 娟 制作人:
课堂练习

如图a和 所示均为自动调压系统 设空载时, 所示均为自动调压系统。 与图b 如图 和b所示均为自动调压系统。设空载时,图a与图 与图 发电机端电压均为110V。试问 带上负载后,图a与图 所示系 带上负载后, 与图b所示系 发电机端电压均为 。 与图 统哪个能保持110V电压不变?哪个系统的电压会稍低于 电压不变? 统哪个能保持 电压不变 哪个系统的电压会稍低于110V? ? 为什么? 为什么?

自动控制理论Ⅰ教学大纲精品资料

自动控制理论Ⅰ教学大纲精品资料

《自动控制理论》系列课程教学大纲(适用于03版教学计划)电气与自动化工程学院《自动控制理论》课程组2004.4《自动控制理论Ⅰ》教学大纲学时:72/8 学分:5教学大纲说明一、课程的目的与任务自动控制理论是具有一般方法论特点的技术基础课程。

目的在于使学生掌握自动控制理论的基本原理和方法,并具备对自动控制系统进行分析、计算、实验和设计的初步能力,为专业课的学习和参加控制工程实践打好必要的理论基础。

二、课程的基本要求掌握建立电气系统、机械系统数学模型的方法,掌握线性定常系统分析和设计方法,对应用理论解决工程实际问题有所了解。

三、与其他课程的联系和分工本课程的前继课程为:《电路》、《模拟电子技术》、《电机与拖动》、《积分变换》等。

本课程的后续课程为《直流调速系统》,《交流调速系统》、《过程控制系统与仪表》、《自动控制理论2》、《控制系统仿真》等。

五、本课程的性质及适应对象自动化、电气工程及其自动化教学大纲内容第一章引论1、自动控制的基本原理与方式2、自动控制系统示例3、自动控制系统的组成、分类、常用术语及定义。

4、对自动控制系统的基本要求5、自动控制理论的发展状况及本课程任务。

教学提示:掌握自动控制的基本概念,自动控制系统的组成,常用的控制方式,了解自动控制理论的发展。

第二章线性系统的数学模型1、线性系统的时域数学描述。

2、非线性数学模型的线性化。

3、线性系统的复域数学描述-传递函数。

4、典型环节的数学模型。

5、方框图及其等效变换。

6、信号流图的基本概念,梅逊公式。

7、系统的开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数等概念。

教学提示:掌握线性系统数学模型的建立方法,传递函数的定义、性质及其与微分方程之间的关系,方框图、信号流图的等效变换,梅逊公式。

掌握系统的开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数等概念。

第三章控制系统的时域分析1、典型输入信号。

2、系统时域性能指标。

3、典型一、二阶系统的时域分析。

4、改善二阶系统性能指标的措施。

自动控制理论_哈尔滨工业大学_2 第2章线性系统的数学模型_(2.4.1) 典型环节的传递函数PPT

自动控制理论_哈尔滨工业大学_2  第2章线性系统的数学模型_(2.4.1)  典型环节的传递函数PPT

0
t
积分环节在单位阶跃输入下的响应
例:积分器
i2
C
ui R
_
i1
uo
+i1 i2Fra bibliotek1 Rui
(t)

C
d dt
u0
(t )
uo
(t)


1 RC
ui (t)dt
G(s) Uo (s) 1 1 Ui (s) RC s
二、几种典型环节的数学模型
4.微分环节
c(t) d r(t)
斜率1/T

t
例: • 汽车加速、火箭升空; ——作用力和输出速度
• 加热系统; ——加热量和温度变化
• 励磁回路; ——输入电压和励磁电流
惯性大小用τ来量度。 ——τ越大,接近目标值越慢 ,惯性越大;τ越小,接近 目标值越快,惯性越小。
几乎任何物理系统都包含 大大小小的惯性。
二、几种典型环节的数学模型
滞后环节
二、几种典型环节的数学模型
1.比例环节
y(t) Ku(t)
G(s) Y(s) K U (s)
K——称为比例系数或放大系数,也称为环节的增益,有量纲。
输出量无失真、无滞后、成比例地复现输入。
• 无弹性变形的杠杆;
——作用力和输出力
• 忽略非线性和时间迟后的运算放大器;
——比例放大器的输入电压和输出电压
τ=RC—时间常数
当 r(t) 1(t) 时, R(s) 1
s
Y(s) s 1 1 s 1 s s 1
t
y(t) e
t=0时,输出幅值为1;
t→∞时,指数衰减至0。
二、几种典型环节的数学模型

自动控制理论第一、二章练习题

自动控制理论第一、二章练习题

⾃动控制理论第⼀、⼆章练习题《⾃动控制理论》(⼆)第⼆章测试题⼀、选择题1、⽅框图化简时,并联连接⽅框总的输出量为各⽅框输出量的() A .乘积 B .代数和 C .加权平均 D .平均值2、决定系统传递函数的是系统的() A .结构 B .参数 C .输⼊信号 D .结构和参数3、终值定理的数学表达式为() A .)(lim )(lim )(0s X t x x s t →∞→==∞B .)(lim )(lim )(s X t x x s t ∞→∞→==∞C .)(lim )(lim )(0s sX t x x x t ∞→→==∞D .)(lim )(lim )(0s sX t x x s t →∞→==∞4、梅森公式为() A .∑=?nk k k p 1B .∑=??nk k k p 11C .∑=?nk k11D .∑?kkp 15、斜坡输⼊函数r(t)的定义是()A .t t r =)(B .)(1·)(0t x t r =C .2)(at t r =D .vt t r =)(6、单位抛物线输⼊函数 r(t) 的数学表达式是 r(t) =() A . at 2 B . Rt 2 C .1/2t 2 D . t 27、单位阶跃函数的拉⽒变换是() A . B . C .1/sD . 18、⽐例微分控制器中,微分时间常数越⼤,则系统的()A .动态偏差越⼩B .动态偏差越⼤C .振荡越⼩D .过渡过程缩短 9、同⼀系统,不同输⼊信号和输出信号之间传递函数的特征⽅程() A .相同 B .不同 C .不存在 D .不定 10、控制系统中 , 基本环节的划分,是根据() A .元件或设备的形式 B .系统的物理结构 C .环节的连接⽅式D .环节的数学模型11、单位斜坡函数 r(t) 的数学表达式是 r(t)= () A . a 2t B . t 2 C . t D . vt12、若受控对象存在较⼤的延迟和惯性,效果较好的控制⽅式是()A .⽐例控制B .积分控制C .⽐例微分控制D .⽐例积分控制13、 PI 控制器的传递函数形式是 ( ) A . 5+3s B . 5+4s2 C .D .14、决定系统静态性能和动态性能的是系统传递函数的 ( )A .零点和极点B .零点和传递系数C .极点和传递系数D .零点、极点和传递系数15、令线性定常系统传递函数的分母多项式为零,则可得到系统的 ( ) A .代数⽅程 B .特征⽅程 C .差分⽅程D .状态⽅程16、研究⾃动控制系统时常⽤的典型输⼊信号是()A .脉冲函数B .斜坡函数C .抛物线函数D .阶跃函数17、PID 控制器的传递函数形式是()A .5+3sB .5+3s 1C .5+3s+3s 1D .5+1s 118、拉⽒变换将时间函数变换成() A .正弦函数B .单位阶跃函数C .单位脉冲函数D .复变函数19、线性定常系统的传递函数,是在零初始条件下() A .系统输出信号与输⼊信号之⽐ B .系统输⼊信号与输出信号之⽐C .系统输⼊信号的拉⽒变换与输出信号的拉⽒变换之⽐D .系统输出信号的拉⽒变换与输⼊信号的拉⽒变换之⽐ 20、PID 控制器中,积分控制的作⽤是() A .克服对象的延迟和惯性 B .能使控制过程为⽆差控制 C .减少控制过程的动态偏差D .使过程较快达到稳定21、PD 控制规律指的是( )。

自动控制理论

自动控制理论

⾃动控制理论第⼀章⾃动控制系统概述1、组成⾃动控制系统的基本元件或装置有哪些?各环节的作⽤?控制系统是由控制对象和控制装置组成,控制装置包括:(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输⼊量。

(2) 测量变送环节⽤来检测被控量的实际值,测量变送环节⼀般也称为反馈环节。

(3) ⽐较环节其作⽤是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输⼊值进⾏⽐较,求出它们之间的偏差。

(4) 放⼤变换环节将⽐较微弱的偏差信号加以放⼤,以⾜够的功率来推动执⾏机构或被控对象。

(5) 执⾏环节直接推动被控对象,使其被控量发⽣变化。

常见的执⾏元件有阀门,伺服电动机等。

2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、⼲扰量?举例说明。

被控对象指需要给以控制的机器、设备或⽣产过程。

被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量,被控量⼜称输出量、输出信号。

控制量也称操纵量,是⼀种由控制器改变的量值或状态,它将影响被控量的值。

给定值是作⽤于⾃动控制系统的输⼊端并作为控制依据的物理量。

给定值⼜称输⼊信号、输⼊指令、参考输⼊。

除给定值之外,凡能引起被控量变化的因素,都是⼲扰,⼲扰⼜称扰动。

⽐如⼀个⽔箱液位控制系统,其控制对象为⽔箱,被控量为⽔箱的⽔位,给定量是⽔箱的期望⽔位。

3、⾃动控制系统的控制⽅式有哪些?⾃动控制系统的控制⽅式有开环控制、闭环控制与复合控制。

4、什么是闭环控制、复合控制?与开环控制有什么不同?若系统的输出量不返送到系统的输⼊端(只有输⼊到输出的前向通道),则称这类系统为开环控制系统。

在控制系统中,控制装置对被控对象所施加的控制作⽤,若能取⾃被控量的反馈信息(有输出到输⼊的反馈通道),即根据实际输出来修正控制作⽤,实现对被控对象进⾏控制的任务,这种控制原理被称为反馈控制原理。

复合控制是闭环控制和开环控制相结合的⼀种⽅式,既有前馈通道,⼜有反馈通道。

5、⾃动控制系统的分类(按元件特性分、按输⼊信号的变化规律、按系统传输信号的性质)?按系统输⼊信号的时间特性进⾏分类,可分为恒值控制系统和随动系统。

自动控制理论邹伯敏PPT第二章

自动控制理论邹伯敏PPT第二章
等其它模型均由它而导出 状态变量描述 状态方程是这种描述的最基本形式
建立系统数学模型的方法
实验法:人为施加某种测试信号,记录基本输出响应。
解析法:根据系统及元件各变量之间所遵循的基本物理
定律,列写处每一个元件的输入-输出关系式。
2019/11/2
第二章 控制系统的数学模型
2
自动控制理论
第一节 列写系统微分方程的一般方法

Gs C Rssb a00ssm n b a1 1ssm n 1 1
bm 1sbm an1san
Gs就是系统的传递函数。
( 2-30)
其中 C, sLCt;RsLRt它们之间的传
方框图表示。
2019/11/2
第二章 控制系统的数学模型
15
自动控制理论
由式(2-17)减式(2-15),式(2-17)减式(2-15)后得
iBRNdd t u1 E GC 1
( 2-19) ( 2-20)
式(2-19)、(2-20)均为增量方程,它们描述了发电机在平衡点 A处受到△u1作用后的运动过程。对增量方程式而言,磁化曲线的坐 标原点不是在O点,而是移到A点。因而发电机的初始条件仍为零。 式中N为励磁绕组的匝数。
n0

1 Ce
EG
(n0为电动机的空载转速)
(2-9 )
测速发电机
输入量是电动机的转速n,输出量是测速发电机的电压Ufn ,假设 测速发电机的磁场恒定不变,则Ufn与n成线性关系即有
2019/11/2
第二章 控制系统的数学模型
11
自动控制理论

ufn an
(2-10)
ue ug-ufn
(2-11)

自动控制理论习题课

自动控制理论习题课

例1已知系统旳构造图如图所示。求
R(s)
1.a>0和a<0时,K : 0 变化系统旳根轨迹;
2.为确保系统单位阶跃响应稳态值为2,拟定
系统稳定且为欠阻尼状态旳a和K值。
3.证明根轨迹在复平面上为一圆。
1 s
C(s)
K
s(1 s 1)
3
a
系统旳闭环传递函数:
K (1 s)
(s)
s(
1 3
s
1)
1)
系统旳稳态终值:
c()
lim s0
s(
s)
R(s)
lim s0
s
(s
2)(
K(s s 3)
1) K(s
1)
4 s
4K 6K
4 7
系统旳稳态误差:
lim K p
s0
G(s) K 6
ess
1 1 Kp
1 1 K
/6
0.02
K
294
例6控制系统构造图如图所示, r 2t, n(t:) 1(t)
G(s)
K
s(s 1)(s 5)
试求当输入为单位斜坡函数时,系统旳最小稳态误差。
系统旳特征方程为: D(s) s3 6s2 5s K 0
劳氏判据判稳得系统稳定 0 K 30
lim 当输入为单位斜坡函数时,系统旳稳态误差
Kv
s0
sG(s) K 5
15 ess Kv K
5 K越大,系统旳稳态误差越小,但同步考虑稳定性,最小误差 ess 30
2.构造图化简求等效传递函数 简化应遵照旳原则:
(1)变换前后通道中旳传递函数旳乘积必须保持不变; (2)变换前后回路中旳传递函数旳乘积必须保持不变。 能够经过串联、并联、反馈、比较点和引出点旳移动进行 简化。 3.梅逊公式求传递函数 能够绘出系统旳信号流图,或直接由构造图应用梅逊公式 求取,注意: (1)输入节点到输出节点为前向通道; (2)同一系统 不变; (3) k 余子式。

自动控制理论第三版课后练习题含答案

自动控制理论第三版课后练习题含答案

自动控制理论第三版课后练习题含答案前言自动控制理论是现代自动控制技术的基础课程,课后练习题是巩固理论知识和巩固实践技能最重要的方法之一。

本文档整理了自动控制理论第三版的课后习题,提供了详细的解题思路和答案,希望能够帮助读者更好地掌握自动控制理论。

1. 第一章课后习题1.1 第一章习题1题目已知一个系统的开环传递函数为$G(s)=\\frac{1}{s(s+1)(s+2)}$,求该系统的稳定性。

解答该系统的零点为0。

该系统的极点为−1和−2。

因为系统的极点都在左半平面,没有极点在右半平面,所以该系统稳定。

1.2 第一章习题2题目已知一个系统的传递函数为$G(s)=\\frac{1}{(s+2)(s+3)}$,求该系统的单位阶跃响应。

解答该系统的传递函数可以表示为$G(s)=\\frac{A}{s+2}+\\frac{B}{s+3}$的形式,解得$A=\\frac{1}{s+3}$,$B=-\\frac{1}{s+2}$。

所以,该系统的单位阶跃响应为y(t)=1−e−2t−e−3t1.3 第一章习题3题目已知一个系统的传递函数为$G(s)=\\frac{1}{s^2+5s+6}$,求该系统的单位阶跃响应。

解答该系统的传递函数可以写成$G(s)=\\frac{1}{(s+2)(s+3)}$的形式。

所以,该系统的单位阶跃响应为$$ y(t)=1-\\frac{1}{2}e^{-2t}-\\frac{1}{3}e^{-3t} $$2. 第二章课后习题2.1 第二章习题1题目已知一个系统的传递函数为$G(s)=\\frac{1}{s^2+4s+3}$,求该系统的稳定性。

解答该系统的极点为−1和−3。

因为系统的极点都在左半平面,没有极点在右半平面,所以该系统稳定。

2.2 第二章习题2题目已知一个系统的传递函数为$G(s)=\\frac{1}{s^2+4s+3}$,求该系统的单位冲击响应。

解答该系统的传递函数可以写成$G(s)=\\frac{1}{(s+1)(s+3)}$的形式。

自动控制理论课件(PPT 31张)

自动控制理论课件(PPT 31张)
11
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
Science Citation Index
科学引文索引
Eugene Garfield 尤金· 加菲得 “SCI之父”
Science, 122(3159), p.108-11, July 1955.
电气与自动化工程学院
12
研究生专业外语
引文
在文献甲中提到或描述了文献乙,并以文后参考 书目或脚注的形式列出了文献乙的出处,其目的在于 指出信息的来源、提供某一观点的依据、借鉴陈述某 一事件(实)等。这时,便称文献乙为文献甲的引文, 称文献甲为文献乙的引证文献。引文通常也称为被引 文献或参考文献,引证文献通常也称为来源文献。
xt ( ) e ut ( ) K K K K e ( t ) e I I ( t ) e
式中
8
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
作业:某系统的状态矩阵、控制矩阵和输出矩阵为
0.009 0.265 0 9 .8 0 6 .8 0e5 .67e4 0.91 1 0 6 .70e6 8 5 .96e4 5 .02 1 .1 0 0 4 .47e6 A 0 0 1 0 0 0 150 0 150 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .0 4 6 4 2 .2 4 1 1 B= 0 0 0 6 .2 3 8 5 e 6 2 .5 2 3 0 e 9 1.0 3 5 1 e 9 0 0 0
基于LQR的跟踪控制问题
前述LQR为状态调节器问题,主要实现状态调节, 利用LQR方法实现对参考输入的跟踪控制。
基本思路:将跟踪控制问题转换为状态调节器问题。

自动控制理论第三版课后习题详细解答答案(夏德钤翁贻方版)

自动控制理论第三版课后习题详细解答答案(夏德钤翁贻方版)
(b) 设流过 C1 、 C2 的电流分别为 I1 、 I 2 ,根据电路图列出电压方程:
1 U i ( s) I1 ( s) R1[ I1 ( s) I 2 ( s)] C1s 1 U o ( s) I 2 ( s) C2 s
并且有
1 1 I1 (s) ( R2 ) I 2 ( s) C1s C2 s
2
2-2 假设图 2-T-2 的运算放大器均为理想放大器,试写出以 ui 为输入, uo 为输出的传递函 数。 (a)由运算放大器虚短、虚断特性可知: 对上式进行拉氏变换得到
ui du du C i C 0 , uc ui u0 , R dt dt
U i ( s) sU i (s) sU 0 (s) RC
(s) (考虑温度计有贮存热的热容 C 和限制热流的热阻 R) 。 i (s)
解:根据能量守恒定律可列出如下方程:
C
对上式进行拉氏变换得到
d i dt R i (s) (s) R
Cs(s)
则传递函数为
( s) 1 i ( s) RCs 1
2-8 试简化图 2-T-8 所示的系统框图,并求系统的传递函数
CR1 dui 2u0 2ui 0 2R dt R1 R
对该式进行拉氏变换得到
CR1 2 2 sU i (s) U 0 ( s) U i (s) 0 2R R1 R
故此传递函数为
U 0 ( s) R ( R Cs 4) 1 1 U i ( s) 4R
2-3 试求图 2-T-3 中以电枢电压 ua 为输入量, 以电动机的转角 为输出量的微分方程式和传 递函数。 解:设激磁磁通 K f i f 恒定

《自动控制理论(第4版)》第二章习题参考答案

《自动控制理论(第4版)》第二章习题参考答案

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

自动控制理论 2-1 控制系统的数学模型

自动控制理论 2-1 控制系统的数学模型

i (t ) =
uc (t ) R
运动方程: 运动方程: 传递函数: 传递函数:
u r (t) =
G(s) =
1 RC
∫u
c
(t)dt + u c (t)
U c (s) Tc s = U r (s) Tc s + 1
(Tc=RC)
G(s) = U c (s) = Tc s U r (s)
当Tc<<1时,又可表示成:
传递函数
36
例:直流电机
输入量: ud ——电枢电压 输出量: id ——电枢电流 动态方程如下:
第二章 控制系统的数学模型
第二次课 1
1.引言
系统的数学模型:描述系统输入、输出变量以及内部其他变 量之间关系的数学表达式。 控制系统中常见的二种数学模型形式: 1、外部描述:把系统的输出量与输入量之间的关系用数 外部描述:把系统的输出量与输入量之间的关系用数 学方式表达出来,称之为输入— 学方式表达出来,称之为输入—输出描述,或外部描述, 例如微分方程、传递函数、框图和差分方程。适用于单输 例如微分方程、传递函数、框图和差分方程。适用于单输 入、单输出系统。
L C
u r(t)
2
uc(t)
d uc du c LC + RC + uc = ur 2 dt dt
二阶微分方程
9
例2-3 阻尼器系统 (P15)
d 2 y (t ) dy (t ) m + f + ky (t ) = F (t ) 二阶微分方程 2 dt dt
10
本节重点:
控制系统微分方程的建立的方法 两种典型控制系统微分方程的建立。 两种典型控制系统微分方程的建立

自动控制理论-第二章

自动控制理论-第二章

2-1 控制系统的时域数学模型
1、控制系统微分方程的建立 (1)举例 例1:电路无源网络 试列写以 u (t ) 为输入量,以 u (t )为 输出量的网络微分方程
i
o
解:设回路电流为 i(t ) ,由基尔霍夫 定律可写出回路方程为
di ( t ) 1 + i ( t ) dt + Ri ( t ) = u i ( t ) dt C ∫ 1 u o (t ) = i ( t ) dt C ∫ L
f 2 (t )
c(t ) = c1 (t )
作用时, c(t ) = c2 (t ) 叠加性:当 f (t ) 、 f (t ) 同时作用时,c(t ) = c1 (t ) + c2 (t ) 均匀性:当 f (t ) = A ⋅ f1 (t ) 时, c(t ) = A ⋅ c1 (t ) 线性系统的叠加原理表明:两个外作用同时加于系统所产生的 总输出,为各个外作用单独作用时分别产生的输出之和。
[
]
1 1 1 F ( s ) + n f ( −1) (0) + L + f ( − n ) (0) n s s s
式中
f
( −1)
f ( −1) (0)、f ( −2) (0) L f ( − n ) (0)
(−n)

f (t )
的各重积分在 t = 0 时的值。如果
(0) = f ( −2 ) (0) = L = f
(0) = 0 ,则有
L ∫ L ∫ f (t )(dt ) n =
[
]
1 F (s) sn
(4)初值定理 若函数 f (t ) 及其一阶导数都是可拉氏变换的,则
f (0 + ) = lim f (t ) = lim sF ( s)

自动控制理论第二章--线性系统的数学模型全

自动控制理论第二章--线性系统的数学模型全


论 一.物理模型 、数学模型及数学建模
物理模型 :
任何元件或系统实际上都是很复杂的,难以对
它作出精确、全面的描述,必须进行简化或理想化。
简化后的元件或系统称为该元件或系统的物理模型。
简化是有条件的,要根据问题的性质和求解的精确
要求来确定出合理的物理模型。
2
第二章 线性系统的数学模型



制 理
物理模型的数学描述。是指描述系统
零初使条件是指当t≤0时,系统r(t)、c(t)以及它们的各阶
导数均为零。
传递函数
输出信号的拉氏变换 输入信号的拉氏变换
零初始条件
C(s) R(s)
26
第二章 线性系统的数学模型


控 线性系统微分方程的一般形式为:

理 论
制 理 论
F(s)
br (s p1)r
br 1 (s p1)r1
b1 (s p1)
ar 1 s pr1
an s pn
br
B(s)
A(s)
(s
p1
)r
s p1
br 1
d
ds
B(s) A(s)
(s
p1 ) r
s p1
br j
1 dj
j!
ds
j
B(s) A(s)
(s
p1
La
dia (t ) dt
Raia (t )
Ea
+
(1) -
La
if Ra
m
+ ia
Ea ——电枢反电势,其表达式为 Ua
Ea S M
负 载
jmfm
Ea Cem(t) (2) --

自动控制理论第二章传递函数_图文

自动控制理论第二章传递函数_图文
解:前向通路4条 独立回路3个
§2.6 一般反馈控制系统
传递函数的各种术语 误差传函 扰动传函 一般控制作用
1. 一般控制系统
前向通道传函 闭环系统的开环传函 系统闭环传递函数 系统在给定作用下的输出
1、由系统输入到系统输出端的信号通路定义为系统 前向主通路(道)[简称主通路或前向通路]
②方框:表示输入、输出信号之间的传递 关系。
③引出点(测量点):表示信 号引出或测量位置,从同一 点引出的信号完全相同。
④比较点(综合点):表示两个或两个以上 的信号,在该点相加、减。注意,比较点 处信号的运算符号必须标明正(+)、负(-), 一般不标者取正号。同时进行运算的信号 必须具有相同的量纲。
梅逊公式
回路总增益 (闭环传函)
第i条前向通 道余子式
第i个前向 通道增益
特征式
例:三级RC滤波网络如
图所示,求传递函数G(s)。
解: 前向通路1条 独立回路5个
两两不接触回路6个
三三不接触回路 特征式 余子式 传递函数
例:试求取图示系统的传递函数
解:前向通路3条
独立回路2个
例:系统结构图如图所示,试求其传递函数
积分器框图
特性:调节系统稳态误差,也称为无差 环节。
电压的传递函数
三、纯微分环节
定义:环节的输出响应正比于输入信号的变化率 。
微分方程 传递函数
测速发电机
四、惯性环节
定义:环节的输出不能立即复现输入,而是经过 一定时间后才能复现输入的变化。
微分方程
传递函数
运算放大器
五、振荡环节
定义:在输入作用下,环节输出响应随时间变化的 过渡过程总是在某一稳定值上下出现衰减振荡,而 最终趋于稳定值。
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Assume the motor idle: Mf = 0, and neglect the friction: f = 0, we have: 2
TeTm d 2 dt 2 d 1 Tm ua dt Ce
T1T2 d y dy 1 T y F 1 2 dt k dt
d 2 uc du T1T2 2 T1 c uc ur dt dt
And make: Te
Tm
La ............electric - magnetic time - constant Ra Ra J .......mechanical - electric time - constant CeC m
Ra f Tf ....... friction - electric time - constant CeC m
Chapter 2 mathematical models of systems
2.1 Introduction 2.1.1 Why? Example…the design problem of a temperature control 1) The basis of analyzing or designing the control systems. 2) Easy to discuss the full possible types of the control systems — only in terms of the system’s “mathematical characteristics”. 2.1.2 What is ? Mathematical models of systems — the mathematical relationships between the system’s variables. 2.1.3 How get? 1) theoretical approaches 2) experimental approaches 3) discrimination learning
Chapter 2 mathematical models of systems
2.1.4 types 1) 2) 3) 4) Differential equations (input-output description) Transfer function Block diagram, signal flow graph State variables ←The Modern Control Theory
La J La f Ra J Ra f La Ra 1 for : 1 ( ) 1 ( 1)1 ua M M CeC m CeCm CeCm CeCm Ce CeC m CeCm
J 2 J3 2 2 ......equivalent moment of inertia 2 i1 i1 i2 f3 f2 here : f f1 2 2 2 ......equivalent friction coefficient i1 i1 i2 Mf M ..........................equivalent torque i1i2 J J1 (can be derived from : 1 i1 2 i1i2 3 )
i1 i2
(4)→(2)→(1) and (3)→(1):
La J La f Ra J R f 1 ( ) 1 ( a 1)1 CeC m CeC m CeC m CeCm La Ra 1 ua M M Ce CeC m CeC m

Define:
Chapter 2 mathematical models of systems
The input-output description of the DTm 2 Tm (1 k1k2 C ) k1k2 ur (Te M M ) e dt Ce J dt
2.2.2 4 steps to obtain the input-output description (differential equation) of control systems 1) Identify the output and input variables of the control systems. 2) Write the differential equations of each system’s component in terms of the physical laws of the components. * necessary assumption and neglect. * proper approximation. 3) dispel the intermediate(across) variables to get the inputoutput description which only contains the output and input variables.
duc dur we have : T uc k ( ur ) dt dt
Chapter 2 mathematical models of systems
Example 2.4 : A DC motor
Ra La
(J1,f1)
ua
ia
w1
M
(J2,f2)
w2
(J3,f3)
w3
Mf
Compare with example 2.1 and example 2.2:
uc y ;
ur F ua ← Analogous systems
Chapter 2 mathematical models of systems
Example 2.5 :
+
ur R1
R1 R2
A DC-Motor control system
Chapter 2 mathematical models of systems
Example 2.1 : A passive circuit
R
L
define: input → ur we have:
output → uc。
ur
i
C
uc
Ri L
du di uc ur i C c dt dt d 2 uc duc LC 2 RC uc ur dt dt

u f .....................(2) TeTm d dt 2
2
Tm
d 1 1 ua (TeTm M Tm M )......(4) dt Ce J

(2)→(1)→(3)→ (4),we have:
Chapter 2 mathematical models of systems
R3 R3 DC motor
M
-
uk
trigger
ua
w
load
Uf
rectifier
M
+
techometer
Input → ur, Output →ω; neglect the friction:
uk R2 ( ur u f ) k1( ur u f )........................................(1) R1 ua k 2 uk ......................(3)
Chapter 2 mathematical models of systems
La J La f Ra J Ra f La Ra 1 1 ( ) 1 ( 1)1 ua M M CeCm CeCm CeCm CeCm Ce CeCm CeCm
1 1 Te Tm 1 (Te T f Tm ) 1 (T f 1)1 ua (Te Tm M Tm M ) Ce J
2.2 The input-output description of the physical systems — differential equations The input-output description—description of the mathematical relationship between the output variable and the input variable of physical systems. 2.2.1 Examples
Input → ua, output → ω1
dia La Ra ia Ea ua ....(1) dt M C m ia .........................( 2) Ea C e1 .........................( 3) d1 MM J f 1 .....(4) dt
(2)→(3); (2)→(1); (3)→(1):
duc dur R2 R3 R2 R3 R4C uc R ( R4 )C ur R R 1 2 3 dt dt
make : R4C T ;
R2 R3 R2 R3 k; ( R4 )C R1 R2 R3
Chapter 2 mathematical models of systems
2.1 Introduction 2.2 The input-output description of the physical systems — differential equations 2.3 Linearization of the nonlinear components 2.4 Transfer function 2.5 Transfer function of the typical elements of linear systems 2.6 The block diagram models (dynamic) 2.7 The Signal flow diagram
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