自動控制原理復習提綱(整理版).doc

自動控制原理課程概念性知識復習提綱詳細版第一章：1.自動控制的任務（背）：是在沒有人直接參與下，利用控制裝置操縱被控對象，使被控量等于給定值。2.自動控制基本方式一.按給定值操縱的開環(huán)控制 二.按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制 三.按偏差調節(jié)的閉環(huán)控制3.性能要求：穩(wěn)快準第二章：4.微分方程的建立：課后2.55.傳遞函數(shù)定義（背）線性定常系統(tǒng)（或元件）的傳遞函數(shù)為在零初始條件下，系統(tǒng)（或元件）的輸出變量拉氏變換與輸入變量拉氏變換之比。這里的零初始條件包含兩方面的意思，一是指輸入作用是在t=0以后才加于系統(tǒng)，因此輸入量及其各階導數(shù)，在t=時的值為零。二是指輸入信號作用于系統(tǒng)之間系統(tǒng)是靜止的，即t時，系統(tǒng)的輸出量及其各階導數(shù)為零。這是反映控制系統(tǒng)的實際工作情況的，因為式（2-38）表示的是平衡工作點附近的增量方程，許多情況下傳遞函數(shù)是能完全反映系統(tǒng)的動態(tài)性能的。6.結構圖化簡：課后2.14（結構圖化簡一道大題，梅森公式化簡一道大題） 復習要點7.幾種傳遞函數(shù)（要求：懂得原理）一.輸入信號r(t)作用下的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 二.干擾信號n(t)作用下的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 三.閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)8.階躍響應，脈沖響應，傳遞函數(shù)之間的關系階躍響應：H(s)= 單位斜坡響應：（s）= 單位脈沖響應：K(s)=(s) 綜合可得 K(s)=sH(s) H(s)=s 第三章：9.階躍響應的性能指標有哪些，各個性能指標的意義是什么。 延遲時間：指單位階躍響應曲線h(t)上升到其穩(wěn)態(tài)值的50%所需要的時間上升時間：指單位階躍響應曲線h(t)，從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需要的時間（也有指從零上升到穩(wěn)態(tài)值所需要的時間）峰值時間：指單位階躍響應曲線h(t)，超過其穩(wěn)態(tài)值而達到第一個峰值所需要的時間。超調量%：指在響應過程中，超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比，即，式中：h()是單位階躍響應的峰值；h()是單位階躍響應的穩(wěn)態(tài)值調節(jié)時間：在單位階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取（有時也取作為誤差帶，響應曲線達到并不再超出該誤差帶的最小時間，成為調節(jié)時間（或過渡過程時間）。調節(jié)時間標志著過渡過程結束，系統(tǒng)的響應進入穩(wěn)態(tài)過程。穩(wěn)態(tài)誤差：當時間t趨于無窮時，系統(tǒng)單位階躍響應的實際值（即穩(wěn)態(tài)值）與期望值一般為輸入值1（t）之差，一般定義為穩(wěn)態(tài)誤差。即 延遲時間、上升時間、峰值時間 表征 系統(tǒng)響應初始段的快慢；調節(jié)時間，表示系統(tǒng)過渡過程持續(xù)的時間，是系統(tǒng)快速性的一個指標，超調量反映系統(tǒng)響應過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)態(tài)誤差則反映系統(tǒng)復現(xiàn)輸入信號的最終（穩(wěn)態(tài)）精度。10.從平穩(wěn)性，快速性和穩(wěn)態(tài)精度三個方面，簡述典型二階欠阻尼系統(tǒng)結構參數(shù)，對階躍相應的影響。由于欠阻尼二階系統(tǒng)具有一對實部為負的共軛復特征根，時間響應呈衰減振蕩特性，故又稱為振蕩環(huán)節(jié)。系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為由于01，所以一對共軛復根為式中，為特征根實部之模值，具有角頻率量綱。，稱為阻尼振蕩角頻率，且平穩(wěn)性：阻尼比，超調量，響應振蕩傾向越弱，平穩(wěn)性越好。反之，阻尼比，超調量，振蕩越強，平穩(wěn)性越差。當0時，零阻尼響應為，具有頻率為的不衰減（等幅）振蕩。超調量與阻尼比的關系：阻尼比一定，平穩(wěn)性越差。快速性:0.707時，超調量5%，平穩(wěn)性最好。穩(wěn)態(tài)精度：由式3-25可看出，瞬態(tài)分量隨時間t的增長衰減到零，而穩(wěn)態(tài)分量等于1，因此，上述欠阻尼二階系統(tǒng)的單位階躍響應穩(wěn)態(tài)誤差為零。1）上升時間：，2）峰值時間：3）超調量%：4）調節(jié)時間：不僅與阻尼比有關，而且與自然振蕩頻率有關。當0.8時， （取5%誤差帶） （取2%誤差帶） 11.一階系統(tǒng)性能指標：ts單位階躍響應：h(t)=1-()。 一階系統(tǒng)沒有超調量，性能指標主要是調節(jié)時間，表征系統(tǒng)過渡過程的快慢。ts=3T ,對應5%誤差帶 ts4T，對應2%誤差帶12.二階性能指標：欠阻尼時定性分析，幾個性能指標計算公式：課后3.6，3.8 如第10點13.改善二階系統(tǒng)響應的措施。 1.誤差信號的比例-微分控制開環(huán)傳函：閉環(huán)傳函：原理：比例-微分控制抑制了振蕩，使超調減弱，可以改善系統(tǒng)的平穩(wěn)性，另外和決定了開環(huán)增益，微分作用之所以能改善動態(tài)性能，因為它產生一種早期控制（或稱為超前控制），能在實際超調量出來之前，就產生了一個修正作用。2.輸出量的速度反饋控制原理：速度反饋同樣可以加大阻尼，改善動態(tài)性能。由于速度反饋系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)沒有零點，所以其輸出響應的平穩(wěn)性與反饋系數(shù)的關系比較簡單，易于調整，但環(huán)節(jié)s的加入，會使系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)降低，因此在設計速度反饋系統(tǒng)時，一般可適當增大原來系統(tǒng)的開環(huán)增益，以補償速度反饋控制引起的開環(huán)增益損失，同時適當選擇反饋系數(shù)，使阻尼比比較合適。14.什么是系統(tǒng)穩(wěn)定性。簡述穩(wěn)定的數(shù)學條件。(背）定義：如果系統(tǒng)受到擾動，偏離了原來的平衡狀態(tài)，產生偏差，而當擾動消失之后，系統(tǒng)又能夠逐漸恢復到原來的平衡狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的，或具有穩(wěn)定性。若擾動消失后，系統(tǒng)不能恢復原來的平衡狀態(tài)，甚至偏差越來越大，則稱系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，或不具有穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是當擾動消失以后，系統(tǒng)自身的一種恢復能力，是系統(tǒng)的一種固有特性。這種穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)的結構、參數(shù)而與初始條件及外作用無關。穩(wěn)定的數(shù)學條件：判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，可以歸結為判別系統(tǒng)特征根實部的符號，所有特征根均具有負實部，即0行列式：，2.林納德-奇帕特判據條件：1.系統(tǒng)特征方程的各項系數(shù)大于零，即0 2.奇數(shù)階或偶數(shù)階的赫爾維茨行列式大于零，即0，或03.勞斯判據 第一列所有元素符號相同（但不為零）特殊情況：1.某行的第一列為零，而其余各項不為零，或不全為零：用（s+a）乘以原特征方程，其中a可為任意正數(shù)。在對新的特征方程應用勞斯判據2.某行出現(xiàn)全零行：用全零行的上一行的系數(shù)構造一個輔助方程，對其求導，用所得方程的系數(shù)代替全零行。輔助方程的次數(shù)通常為偶數(shù)，它表明數(shù)值相同，符號相反的根數(shù)。16.誤差兩種定義，什么是穩(wěn)態(tài)誤差。（背） 1）期望值-實際值2）期望值-反饋量定義：穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)誤差的終值稱為穩(wěn)態(tài)誤差，當時間t趨于無窮時，e(t)的極限存在，則穩(wěn)態(tài)誤差為17.穩(wěn)態(tài)誤差的計算：靜態(tài)誤差系數(shù)法 課后3.19第四章：18.根軌跡方程（背）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中某個參數(shù)（如開環(huán)增益K）從零變到無窮時，閉環(huán)特征根在s平面上移動的軌跡。19.閉環(huán)零極點與開環(huán)零極點關系（背）閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡增益等于系統(tǒng)前向通道的根軌跡增益，對于H（s）=1的單位反饋系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡增益就等于開環(huán)系統(tǒng)根軌跡增益。閉環(huán)系統(tǒng)的零點由前向通道的零點和反饋通道的極點組成，對于H(s)1的單位反饋系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)的零點就是開環(huán)系統(tǒng)的零點。閉環(huán)系統(tǒng)的極點與開環(huán)系統(tǒng)的極點、零點以及開環(huán)根軌跡增益有關。20.根軌跡的繪制：并利用繪制的根軌跡進行系統(tǒng)分析 課后4.3，4.5簡述閉環(huán)零、極點分布與階躍相應的關系。P155（背）要求系統(tǒng)穩(wěn)定，則必須使所有的閉環(huán)極點均位于s平面的左半部。要求系統(tǒng)的快速性好，應使階躍響應式中每個分量衰減得快，則閉環(huán)極點應遠離虛軸。要求系統(tǒng)平穩(wěn)性好，則復數(shù)極點最好設置在s平面中與負實軸成夾角線附近。要求動態(tài)過程盡快消失，要求系數(shù)要小，因為小，對應的暫態(tài)分量小。從而看出，閉環(huán)極點之間的間距要大；零點應靠近極點。21.什么是主導極點，什么是偶極子 p155（背）主導極點：離虛軸最近且附近沒有閉環(huán)零點的一些閉環(huán)極點（復數(shù)極點或實數(shù)極點）對系統(tǒng)的動態(tài)過程性能影響最大，起著主要的決定的作用的。偶極子：將一對靠得很近的閉環(huán)零、極點稱為偶極子22.什么是最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng) p162（背）最小相位系統(tǒng)：系統(tǒng)的所有開環(huán)極點和零點都位于s平面的左半部非最小相位系統(tǒng)：s平面的右半部具有開環(huán)極點或零點的系統(tǒng)第五章：23.頻率特性的定義：（背）線性定常系統(tǒng)，在正弦信號作用下，輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入的復數(shù)比。稱為系統(tǒng)的頻率特性（即為幅相頻率特性，簡稱幅相特性）。24.奈氏曲線奈奎斯特圖是對于一個連續(xù)時間的線性非時變系統(tǒng)，將其頻率響應的增益及相位以極座標的方式繪出，常在控制系統(tǒng)或信號處理中使用，可以用來判斷一個有回授的系統(tǒng)是否穩(wěn)定。奈奎斯特圖上每一點都是對應一特定頻率下的頻率響應，該點相對于原點的角度表示相位，而和原點之間的距離表示增益，因此奈奎斯特圖將振幅及相位的波德圖綜合在一張圖中。如右圖25.伯德圖（寫傳遞函數(shù)）如下圖26.穩(wěn)定判據 2個1. 奈奎斯特穩(wěn)定判據2.對數(shù)頻率穩(wěn)定判據27.裕度指標計算相角裕度：在曲線上模值等于1的矢量與負實軸的夾角。在