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1、复 习第一章自动控制的一般概念第一章自动控制的一般概念自动控制的含义自动控制的含义自动控制有哪些基本原理自动控制有哪些基本原理自动控制系统的基本要求自动控制系统的基本要求1.1 自动控制系统的一般概念自动控制系统的一般概念所谓自动控制，就是指在所谓自动控制，就是指在没有人直接参与没有人直接参与的情况下，力图使受控对象按照的情况下，力图使受控对象按照预定规律预定规律运行的过程。完成这一过程的所有运行的过程。完成这一过程的所有元件与元件与装置装置组成的整体就称为自动控制组成的整体就称为自动控制系统系统。闭环控制的电机调速系统闭环控制的电机调速系统 闭环控制的电机调速系统方块图闭环控制的电机调速系统
2、方块图 反馈反馈反馈及反馈控制系统反馈及反馈控制系统反馈的含义反馈的含义将输出回送到输入端并与输入进行比较的过程将输出回送到输入端并与输入进行比较的过程反馈的实质反馈的实质利用偏差去控制偏差利用偏差去控制偏差，使系统朝着减少偏差的方向运动，使系统朝着减少偏差的方向运动闭环控制闭环控制从信号的流向来看，系统形成了一个闭环从信号的流向来看，系统形成了一个闭环是自动控制控制系统是自动控制控制系统最基本最基本和和应用最广泛应用最广泛的控制方式的控制方式1.2 开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制自动控制的基本方式：自动控制的基本方式：开环控制开环控制闭环控制闭环控制复合控制复合控制一、开环控制一、开环
3、控制特点：特点：单向传递单向传递，输出不会对输入反施任何影响，输出不会对输入反施任何影响按给定按给定值控制值控制 按扰动控制按扰动控制 顺馈控制顺馈控制 二、闭环控制二、闭环控制特点：对反馈环内前向通道上的扰动有特点：对反馈环内前向通道上的扰动有调节调节作用作用系统精度取决于给定精度与反馈检测精度系统精度取决于给定精度与反馈检测精度精度高精度高，系统复杂，系统复杂三、闭环控制系统的基本组成三、闭环控制系统的基本组成 给定、比较、放大、执行、测量、校正元件给定、比较、放大、执行、测量、校正元件1.4 控制系统性能的基本要求和控制系统性能的基本要求和本课程的主要任务本课程的主要任务控制系统性能的基
4、本要求控制系统性能的基本要求 稳稳快快准准上升时间上升时间 tr 从原始状态开始，第从原始状态开始，第一次达到单位阶跃响应一次达到单位阶跃响应的时间的时间峰值时间峰值时间tptp：响应第一次超过其终值响应第一次超过其终值达到第一次峰值所需的达到第一次峰值所需的时间。时间。过渡过程时间过渡过程时间ts系统达到给定系统达到给定区所需区所需的时间的时间超调量超调量 1+1-t ts s t tp p t tr r 上升时间上升时间Tr、峰值时间、峰值时间tp用来评价系统响应的速度，用来评价系统响应的速度，即快速性即快速性 用来评价系统的阻尼程度用来评价系统的阻尼程度过度时间过度时间Ts用来评价系统的
5、响应速度和阻尼程度的用来评价系统的响应速度和阻尼程度的综合指标综合指标稳态误差来表示系统的准确性稳态误差来表示系统的准确性第一章 习题例1.请写出开环系统、闭环系统的概念，举例说明，并比较其优缺点。开环控制：系统的输出量没有与其参考输入相比较，即系统的输出量与输入量间不存在反馈，这种控制方式叫开环控制。优点：简单、稳定、可靠；缺点：控制精度较低。开环控制的原理框图闭环控制：系统的被控量反馈到它的输入端，并与参考输入端相比较，这种控制叫闭环控制。存在反馈通道优点：系统能够自动地消除或者削弱干扰信号对被控制量的影响，具有良好的抗干扰能力，控制精度高；开环控制的原理框图开环控制系统和闭环控制系统举例
6、开环控制系统和闭环控制系统举例第二章第二章 线性系统的数学模型线性系统的数学模型多项式形式多项式形式零极点形式零极点形式典型环节形式典型环节形式一、传递函数的零点和极点一、传递函数的零点和极点 二、典型二、典型环节环节的传递函数的传递函数1.放大环节放大环节2.积分环节积分环节 3.理想微分环节理想微分环节4.惯性环节惯性环节5.一阶微分环节一阶微分环节6.二阶振荡环节二阶振荡环节 7.二阶微分环节二阶微分环节三、控制系统的结构图与信号流图三、控制系统的结构图与信号流图 一、结构图的基本组成一、结构图的基本组成四种基本单元：四种基本单元：信号线信号线：信号线是带有箭头的直线，箭头表示信号的流向
7、。：信号线是带有箭头的直线，箭头表示信号的流向。引出点引出点：信号在传递过程中被引出或测量，这个点就叫引出点。：信号在传递过程中被引出或测量，这个点就叫引出点。比较点比较点：信号在此进行加减的点叫比较点（综合点）。：信号在此进行加减的点叫比较点（综合点）。方框方框：方框表示对信号进行的数学变换，即写入系统的传递函数：方框表示对信号进行的数学变换，即写入系统的传递函数四、结构图的等效变换四、结构图的等效变换等效原则：等效前后各变量关系保持不变等效原则：等效前后各变量关系保持不变1.串联方框的简化串联方框的简化2.并联方框简化并联方框简化3.反馈方框的简化反馈方框的简化正号对应负反馈，负号对应正反
8、馈正号对应负反馈，负号对应正反馈-五、闭环系统的传递函数五、闭环系统的传递函数-开环传递函数：开环传递函数：闭环传递函数：闭环传递函数：误差传递函数误差传递函数特征式特征式-几种典型环节的简化例2-1：求系统的传递函数C(S)/R(S),C(S)/N(S)第三章线性系统的时域分析第三章线性系统的时域分析时域、根轨迹、频域分析法时域特点：直观，准确，能提供时间响应的全部信息重点重点：二阶系统的时域响应系统稳定性分析稳态误差的分析与计算例3-1例3-2 3.劳斯稳定判据劳斯稳定判据 稳定的必要条件稳定的必要条件稳定的充要条件：劳斯判据稳定的充要条件：劳斯判据劳劳斯斯表表3.5 线性系统的稳定性分析
9、线性系统的稳定性分析劳斯稳定判据：劳斯稳定判据：线性系统稳定的充分且必要条件是线性系统稳定的充分且必要条件是系统特征方程的全部系数都是正数；系统特征方程的全部系数都是正数；劳斯表中第一列中所有项都具有正号。劳斯表中第一列中所有项都具有正号。第一列系数符号改变的次数，等于特征方第一列系数符号改变的次数，等于特征方程中，实部为正数的根的个数。程中，实部为正数的根的个数。第四章第四章 根轨迹法根轨迹法第一节第一节 根轨迹的基本概念根轨迹的基本概念根轨迹定义根轨迹定义：开环系统开环系统传递函数的某一个传递函数的某一个参数变化参数变化时，时，闭环系统特征方程的根在复平面上变化的轨迹。闭环系统特征方程的根
10、在复平面上变化的轨迹。根轨迹方程根轨迹方程K*:根轨迹增益根轨迹增益相角条件相角条件模值条件模值条件第二节第二节 根轨迹绘制的基本法则根轨迹绘制的基本法则2、根轨迹的对称性：、根轨迹的对称性：一般物理系统特征方程的系数是实数，其根必为实根或共轭复根。即位于复平面的实轴上或对称于实轴。3、根轨迹的分支数：、根轨迹的分支数：n阶特征方程有n个根。当 从0到无穷大变化时，n个根在复平面内连续变化组成n支根轨迹。即根轨迹的分支数等于系统阶数。1 1、根轨迹的连续性：、根轨迹的连续性：闭环系统特征方程的某些系数是增益 的函数。当 从0到无穷变化时，这些系数是连续变化的。故特征方程的根是连续变化的，即根轨
11、迹曲线是连续曲线。4、根轨迹的起点和终点：、根轨迹的起点和终点：根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点5.根轨迹的渐近线：根轨迹的渐近线：6、实轴上的根轨迹：、实轴上的根轨迹：实轴上具有根轨迹的区间是：实轴上具有根轨迹的区间是：其右方开其右方开环系统的零点数和极点数的总和为奇数。环系统的零点数和极点数的总和为奇数。实轴上的根轨迹实轴上的根轨迹法则法则7根轨迹的会合点和分离点：根轨迹的会合点和分离点：法则法则8根轨迹的出射角和入射角：根轨迹的出射角和入射角：法则法则9 根轨迹和虚轴的交点：根轨迹和虚轴的交点：法则法则10 闭环系统极点之和：闭环系统极点之和：根轨迹的绘制根轨迹的绘制例4-1：已知某单位反馈系统的开环传递函数为 ，试：绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹（求出：分离点、与虚轴的交点等）第五章重点：第五章重点：Bode的绘制的绘制