1.3典型外界干扰及自动控制系统基本要求典型外界干扰自动控制系统性能要求自动控制理论的发展阶跃函数的数学表达式为：当A=1时，则称为单位阶跃信号，常用1(t)表示。00t0Atr(t)2（1）阶跃函数1.3.1典型外界干扰函数、四节典型外界干扰作用阶跃干扰特征：最不利、最容易实现、破坏性最强斜坡函数的数学表达式为：000ttAttr)(3（2）斜坡函数第四节典型外界干扰作用抛物线函数的表达式为：...
1公元前我国的自动计时漏壶公元132年张衡研制的候风地动仪自动控制的发展历史2公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车31788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器451913年美国建成最早的汽车装配流水线1952年美国MIT研制出第一台数控机床61954年第一台工业机器人1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功7装配机器人汽车自动焊接生产线8自动立体仓库9注塑机自动搬运车10机器人足球比赛月球车11机器人干活机器...
第五章控制系统的数学模型5.3一般形式闭环系统的误差传递函数及静态误差系数法5.3.1一般形式控制系统的传递函数闭环系统的一般方框形式线性系统：两个输入量同时作用于一个线性系统的情况,可以使用叠加定理进行处理。相应于：1）输入作用；2）干扰作用的结果叠加扰动作用下的系统框图CR(s)=ΦR(s)R(s)=R(s）输入信号作用下的系统框图ΦR(s)==N(s)=0R(s)=0ΦN(s)==CN(s)=ΦN(s)N(s)=N(s)系统闭环后：（1）准确快速（2）只要求开...
第五章控制系统的数学模型5.2控制系统的传递函数及静态偏差分析5.2.1自动控制系统数学模型自动调节系统传递函数的方框图基本自动控制系统方框图一、系统框图r和R(s)为给定值和给定值的象函数;e和E(s)为测量值z和给定值r相比较的偏差值和它的象函数;z和Z(s)为测量值和测量值的象函数;p和P(s)为调节器输出信号和它的象函数;q和Q(s)为执行器的输出信号和它的象函数;y和Y(s)为被调参数和它的象函数;f和F(s)为干扰信号和它的象函数;G...
第二章自动控制系统的数学模型第二章自动控制系统的数学模型自动控制理论分析控制系统性能的过程：设控制系统输入输出tr(t)0tc(t)0求得系统的输出响应即可分析系统的性能分析系统性能的第一步就是建立系统的数学模型，这是第二章的主要内容。系统有系统的数学模型才能求系统的输出响应常用的数学模型：(2)微分方程(3)传递函数(4)频率特性(1)代数方程(5)动态结构图其中微分方程是最基本的，其它可以通过微分方程求得。建立微分方...
自动控制原理控制系统的时域指标控制系统的时域指标时域分析法在时间域(t)内研究控制系统性能的方法，直观准确通过拉氏反变换直接求解系统的微分方程，得到系统的时间响应，然后根据响应表达式和响应曲线分析系统的动态性能和稳态性能。针对典型输入信号作用下的特性来定义性能指标3/151.典型输入信号根据系统中常见的输入信号设计的理想输入函数信号名称时域表达式复域表达式单位阶跃信号1(t),t≥01/s单位斜坡信号t,...
第七章计算机过程控制系统7.1计算机控制系统概述1.计算机控制系统的一般概念2.计算机控制系统的组成3.计算机控制系统的特点4.计算机控制系统的类型5.计算机控制发展趋势1.计算机控制系统的一般概念在连续控制系统框图，系统内信号通常是模拟信号。将连续控制系统中的比较器和控制器的功能用计算机来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统。连续控制系统的典型结构图计算机控制系统基本框图计算机控制系统在系统内部...
6.4控制系统的校正6.4.2串联校正总结、反馈校正及复合校正1.三种串联校正方法的特点总结串联相位超前校正•可提高控制系统的截止频率ωc,增加了系统的带宽和相位裕量γ，从而减小了阶跃响应超调量Mp和调节时间ts；•有效改善系统的动态性能,提高系统快速性,使稳定性变好。•在系统稳定性能满足的情况下,要求系统响应快可以采用串联超前校正常见的PD控制器的传递函数Gc(s)=Kp一种超前校正装置,串联相位滞后校正装置•主要是...
6.4控制系统的校正6.4.1控制系统的性能指标及串联校正方案1.控制系统的性能指标常用指标有时域指标和频域指标。•时域指标主要有：超调量σ、调节时间ts和稳态误差ess。•频域指标主要有：相角裕度γ、截止频率ωc、带宽频率ωb和谐振峰值Mr等。多数情况下,仅靠调整控制器增益是不能兼顾稳态和动态性能。在控制系统中引入一些附加装置,以改善系统的性能,从而满足工程要求。这种措施称为校正(Correct),所引入的装置称为校正装置(...
6.3.5控制系统相对稳定性分析-稳定裕度6.3线性控制系统的频域分析1.稳定裕度定义•在设计一个控制系统时,不仅要求它必须是绝对稳定的,而且还应保证系统具有一定的稳定程度。•稳定裕度是衡量一个系统稳定性及它离开稳定状态的程度,包括幅值稳定裕度；相角稳定裕度。•相角裕度和幅值裕度是系统开环频率指标,与闭环系统的动态性能密切相关。(1)相角裕度指幅相频率特性G(jω)的幅值A(ω)=G(jω)=1时的向量与负实轴的夹角。G(jω)...
6.3.4开环频率特性与闭环频率之间关系6.3线性控制系统的频域分析前向通道G(s)、反馈通道H(s)()()()()()1()()(j)(j)(j)(j)(j)1(j)(j)oioiGsHsXsGsXsGsHsGHXGXGH开环传递函数：闭环传递函数：开环频率特性：闭环频率特性：1.开环频率特性与闭环频率特性的关系奈氏图和伯德图用于分析闭环系统的开环频率特性通过开环频率特性反映闭环系统的稳定性、准确性和快速性作图分析，计算量小，信息量大。对数频率特...
6.3.3一般系统的伯德图做法6.3线性控制系统的频域分析21.控制系统开环频率特性的伯德图控制系统的开环频率特性的伯德图是在频域分析、设计系统的基础。根据典型环节的伯德图，容易绘制系统的开环频率特性的伯德图。liGissHsG1()())(lijGjiliiiejGjGHjjG1)(1)()()()(liijGjliiejG1)(1)(liijGHjjG1)()()(liijGHjjG1)()()(liiliil...
6.3.2频率特性的几何表示及典型系统特性6.3线性控制系统的频域分析1.频率特性的几何表示工程分析和设计中,通常把频率特性画成一些曲线,根据频率特性曲线可以对系统进行直观、简便的分析研究。•直角坐标：频率特性图•极坐标：幅相频率特性曲线（奈奎斯特图）•对数坐标：对数坐标图（伯德图）对数幅频特性曲线对数相频特性曲线(1)频率特性曲线RC电路的频率特性曲线幅频特性曲线相频特性曲线4)](Im[)](Re[)(GjjGjGj...
6.3线性控制系统的频域分析6.3.1频率特性的定义时域法分析的局限性：•高阶系统时域分析法是很困难；•系统的时间响应没有明确反映出系统响应与系统结构、参数之间的关系；•时域分析法适用于设计验证，对系统参数设计指导意义弱。•频率法可以直观地分析系统的稳定性。可以根据系统频率特性选择系统的结构和参数，使之满足控制要求•在频域里分析和设计系统，是分析和设计系统的间接方法。•不必求解系统输出的时域表达式。6.3...
6.2控制系统稳定性分析及劳斯稳定判据6.2.1稳定性分析系统受到扰动偏离原平衡位置，扰动撤销充分长时间后系统以一定精度回到平衡位置。稳定性的概念倒立摆（不稳定）球摆（稳定）•系统稳定是保证系统能正常工作的首要条件。•稳定性是控制系统最基本的性质。线性系统稳定的充分必要条件若系统在初始条件为零时,作用一个理想的单位脉冲响应,这时系统的输出增量为脉冲响应k(t)。若此动态过程随时间的推移最终趋于零,即k(t)=0则线...
6.1控制系统的时域响应6.1.2二阶系统的瞬态性能21、典型二阶系统的数学模型：二阶系统R(s)=1/sC(s)r(t)c(t)二阶系统方框图系统闭环传递函数K为系统的开环放大系数;T为时间常数22d()d()()()ddctctTKctKrtttωn为无阻尼自然振荡角频率(简称为无阻尼自振频率)ζ为衰减系数(阻尼比)ζ=ωn=典型二阶系统的特征方程：02()22nnssDsnns121nns122欠阻尼过阻尼零阻尼临界阻尼不同阻...
自动控制原理2自动控制原理02控制要求01控制方式自动控制系统控制方式401控制方式1）开环控制方式2）闭环控制方式3）复合控制方式501控制方式1.1开环控制方式（OpenLoopControl）控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统成为开环控制系统。特点：输出量对系统的控制作用没有影响601控制方式（2）按干扰进行控制（即前馈控制，对干扰进行补偿）扰动必须可测！（1）按给定值进行控制70...
6.1控制系统的时域响应6.1.1时域响应定义及一阶系统性能第六章线性控制系统的时域、频域分析及校正6.1.1时域响应定义时域响应定义•指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。系统输出量的时域表示可由微分方程得到，也可由传递函数得到。稳态响应：系统在时间趋于无穷大的输出状态。反映系统的准确性。瞬态响应：系统的动态性能分析。动态过程：从输入信号r(t)作用在系统的时刻开...
第六节控制系统的稳态误差分析给定信号作用下的稳态误差一、给定信号作用下的稳态误差及误差系数控制系统的典型结构为：系统误差：()()()btrtet稳态误差：lim()etetssR(S)作用时，设D(S)=0()()1)(()()()1())(21sHsGsRSGSHsGRSErs给定信号作用下的稳态误差()()1()lim()lim()lim00sHsGssRsErsteessrtssr根据终值定理得设系统的输入信号为：SNARS()N为输入信号的阶次设系统的开环传递函数的...
第五节控制系统的稳定性分析3.5控制系统的稳定性分析稳定性一个处于某平衡状态的线性定常系统，若在外部作用下偏离了原来的平衡状态，而当外部作用消失后，系统仍能回到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的，否则为不稳定。系统稳定的充分与必要条件传递函数的一般表达式：nnnnmmmmaSaaSSabSbbSSbSRCSS1101110...1...)(()()mn系统输出拉氏变换为：SSSSSSSZSZSZSKSCnm.1))...()(())...()(()(212...
