自动控制原理论文

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自动控制

摘要:综述了自动控制理论的发展情况,指出自动控制理论所经历的三个发展阶段,即经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。最后指出,各种控制理论的复合能够取长补短,是控制理论的发展方向。

自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展:第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论;第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论;第三代为60年代中期即已萌芽,在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论(本质上是时域方法)都是建立在控制对象精确模型上的控制理论,而实际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点,难以建立精确的数学模型。因此,自动控制专家和学者希望能从要解决问题领域的知识出发,利用熟练操作者的丰富经验、思维和判断能力,来实现对上述复杂系统的控制,这就是基于知识的不依赖于精确的数学模型的智能控制。本文将对经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的发展情况及基本容进行介绍。

1自动控制理论发展概述

自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人

自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制,使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术,可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作,自动控制显得尤其重要。

自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科,是自动控制科学的核心。自从19世纪M ax we ll对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来,经过20世纪初Ny qu is t,B od e,Ha rr is,Ev ans,W ie nn er,Ni cho l s等人的杰出贡献,终于形成了经典反馈控制理论基础,并于50年代趋于成熟。经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具,采用频域方法,主要研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析与设计,但它存在着一定的局限性,即对“多输入—多输出”系统不宜用经典控制理论解决,特别是对非线性、时变系统更是无能为力。随着20世纪40年代中期计算机的出现及其应用领域的不断扩展,促进了自动控制理论朝着更为复杂也更为严密的方向发展,特别是在Ka lm a n提出的可控性和可观测性概念以及Понтрягин提出的极大值理论的基础上,在20世纪50、60年代开始出现了以状态空间分析(应用线性代数)为基础的现

代控制理论。现代控制理论本质上是一种“时域法”,其研究容

非常广泛,主要包括三个基本容:多变量线性系统理论、最优控

制理论以及最优估计与系统辨识理论。现代控制理论从理论上解

决了系统的可控性、可观测性、稳定性以及许多复杂系统的控制

问题。但是,随着现代科学技术的迅速发展,生产系统的规模越

来越大,形成了复杂的大系统,导致了控制对象、控制器以及控

制任务和目的的日益复杂化,从而导致现代控制理论的成果很少

在实际中得到应用。经典控制理论、现代控制理论在应用中遇到

了不少难题,影响了它们的实际应用,其主要原因有三:①这些

控制系统的设计和分析都是建立在精确的数学模型的基础上的,而实际系统由于存在不确定性、不完全性、模糊性、时变性、非

线性等因素,一般很难获得精确的数学模型;②研究这些系统时,人们必须提出一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与

实际不符;③为了提高控制性能,整个控制系统变得极为复杂,这不仅增加了设备投资,也降低了系统的可靠性。于是,自动控

制工作者一直在寻求新的出路,他们在考虑:能否不要完全以控

制对象为研究主体,而以控制器为研究主体呢?能否用20世纪

50年代中期出现并得到快速发展的人工智能的逻辑推理、启发

式知识、专家系统等来解决难以建立精确数学模型的控制问题呢?第三代控制理论即智能控制理论就是在这样的背景下提出来的,它是人工智能和自动控制交叉的产物,是当今自动控制科学的出

路之一。下面分别介绍三代控制理论的发展及其最基本容。

2经典控制理论的发展及基本容

自动控制中一个最基本的概念是反馈,人类对反馈控制的应

用可以追溯到很早的时期。但是,直到产业革命时期,英国人

J a me s Wa tt发明蒸汽机离心飞锤式调速器,解决了在负载变化

条件下保持蒸汽机基本恒速的问题,自动控制才引起人们的重视。从那时起的100多年以来,随着社会生产力的发展和需要,自动

控制理论和技术也得到了不断的发展和提高。在20世纪30至

40年代期间,N y qu i st于1932年提出稳定性的频率判据,Bo de

于1940年在频率法中引入对数坐标系并于1945年写了《网络分

析和反馈放大器设计》一书,Ha rr is于1942年引入传递函数概念,Ev an s于1948年提出根轨迹法,Wi en ne r于1949年出版了《控制—关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书。由于他

们卓越的工作,从而奠定了经典控制理论的基础。到20世纪50年代,经典控制理论已趋于成熟。

经典控制理论主要用于解决反馈控制系统中控制器的分析

与设计的问题。图1为反馈控制系统的简化原理框图。

图1反馈控制系统的简化原理框图

经典控制理论主要研究线性定常系统。所谓线性控制系统是

指系统中各组成环节或元件的状态或特性可以用线性微分方程

描述的控制系统。如果描述该线性系统的微分方程的系数是常数,则称为线性定常系统。描述自动控制系统输入量、输出量和部量

之间关系的数学表达式称为系统的数学模型,它是分析和设计控

制系统的基础。经典控制理论中广泛使用的频率法和根轨迹法,是建立在传递函数基础上的。线性定常系统的传递函数是在零初

始条件下系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换

之比,是描述系统的频域模型。传递函数只描述了系统的输入、输出关系,没有部变量的表示。经典控制理论的特点是以传递函

数为数学工具,本质上是频域方法,主要研究“单输入—单输出”

线性定常控制系统的分析与设计,对线性定常系统已经形成相当

成熟的理论。典型的经典控制理论包括P I D控制、S m i t h控制、解耦控制、Da li n控制、串级控制等。

经典控制理论尽管原则上只适宜于解决“单输入—单输出”系统中的分析与设计问题,但是,经典控制理论至今仍活跃在各

种工业控制领域中。事实上,经典控制理论现在仍不失其价值和

实用意义,仍是进一步研究现代控制理论和智能控制理论的基础。3现代控制理论的发展及基本容

经典控制理论虽然具有很大的实用价值,但也有着明显的局

限性。其局限性表现在下面二个方面:第一,经典控制理论建立

在传递函数和频率特性的基础上,而传递函数和频率特性均属于

系统的外部描述(只描述输入量和输出量之间的关系),不能充分

反映系统部的状态;第二,无论是根轨迹法还是频率法,本质上

是频域法(或称复域法),都要通过积分变换(包括拉普拉斯变换、傅立叶变换、Z变换),因此原则上只适宜于解决“单输入—单

输出”线性定常系统的问题,对“多输入—多输出”系统不宜用

经典控制理论解决,特别是对非线性、时变系统更是无能为力。

现代控制理论正是为了克服经典控制理论的局限性而在20

世纪50、60年代逐步发展起来的。现代控制理论本质上是一种“时域法”。它引入了“状态”的概念,用“状态变量”(系统

部变量)及“状态方程”描述系统,因而更能反映出系统的在本

质与特性。从数学的观点看,现代控制理论中的状态变量法,简

单地说就是将描述系统运动的高阶微分方程,改写成一阶联立微

分方程组的形式,或者将系统的运动直接用一阶微分方程组表示。这个一阶微分方程组就叫做状态方程。采用状态方程后,最主要

的优点是系统的运动方程采用向量、矩阵形式表示,因此形式简单、概念清晰、运算方便,尤其是对于多变量、时变系统更是明显。特别是在Ka lm a n提出的可控性和可观测性概念和Понт

рягин提出的极大值理论的基础上,现代控制理论被引向更

为深入的研究。现代控制理论研究的主要容包括三部分:多变量

线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论。由于篇幅所限,有关现代控制理论研究的具体容请参见有关文献,这里从略。

现代控制理论从理论上解决了系统的可控性、可观测性、稳定性以及许多复杂系统的控制问题。但是,随着现代科学技术的迅速发展,生产系统的规模越来越大,形成了复杂的大系统,导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化,从而导致现代控制理论的成果很少在实际中得到应用。

4智能控制理论的发展及基本容

“智能控制”这一概念是美国普渡大学(P ur du e U ni v er si ty)电气工程系的美籍华人傅京教授于20世纪70年代初提出来的。早在1965年,他提出把人工智能领域中的启发式规则应用于学习系统,这一时期可以看作是“智能控制”思想的萌芽阶段。“智能控制”是在当时经典控制理论和现代控制理论在实际应用中面临着严峻挑战的时期自动控制工作者苦于为自动控制理论寻求

新出路而提出来的,它是人工智能和自动控制交叉的产物,是当今自动控制科学的出路之一。

智能控制是指驱动智能机器自主地实现其目标的过程,也就是说,智能控制是一类无需人的直接干预就能独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。智能控制的基础是人工智能、控制论、运筹学和信息论等学科的交叉。智能控制理论及系统具有下面几个鲜明的特点:第一,在分析和设计智能控制系统时,重点不要放在传统控制器的分析和设计上,而要放在智能机模型上,也就是说,不要把重点放在对数学公式的描述、计算和处理上(实际上,一些复杂大系统可能根本无法用精确的数学模型进行描述),而要把重点放在对非数学模型的描述、符号和环境的识别、知识库和推理机设计和开发等上面来。第二,智能控制的核心是高层控制,其任务在于对实际环境或过程进行组织,即决策和规划,实现广义问题求解。第三,智能控制是一门边缘交叉学科,傅京教授于1971年首先提出了智能控制的二元交集理论(即人工智

能和自动控制的交叉),美国的G.N.Sa r id is于1977年把傅京的二元结构扩展为三元结构(即人工智能、自动控制和运筹学的交叉),后来中南工业大学的蔡自兴教授又将三元结构扩展为四元结构(即人工智能、自动控制、运筹学和信息论的交叉),从而进一步完善了智能控制的结构理论。第四,智能控制是一个新兴的研究和应用领域,有着极其诱人的发展前途。

自从“智能控制”概念的提出到现在,自动控制和人工智能专家和学者已经提出了各种智能控制理论,有些已经在实际中发挥了重要作用。下面对一些有影响的智能控制理论和系统进行介绍。

4.1 递阶智能控制

递阶智能控制(H ie ra rc hi ca l Int e ll ig en t Co nt rol)是在研

究早期学习控制系统的基础上,从工程控制论角度总结人工智能

与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系之后逐渐形成的,它是智能控制的最早理论之一。该理论最初是由G.N.Sa r id is提

出的。该系统由组织级、协调级、执行级3级组成。递阶智能控

制遵循“精度随智能降低而提高”的原理分级分布。在递阶智能

控制系统中,智能主要体现在高的层次即组织级上,由人工智能

起控制作用;协调级是组织级和执行级之间的接口,承上起下,由人工智能和运筹学共同作用;执行级要求具有较高的精度和较

低的智能,仍然采用现有数学解析控制算法,对相关过程执行适

当的控制作用。

4.2 专家智能控制

专家系统(E xpe r t Sy st em)是人工智能的一个重要分支,它

是于1965年由美国斯坦福大学当时的年轻教授 E.A.Fe i ge nb au m

开创的人工智能研究的新领域。专家系统E S与当时人们追求的

通用问题求解程序GP S不同,专家系统并不试图发现很强有力的

和很通用的问题求解方法,它把研究围缩小在一个特定的相对狭

小的专业领域中。人类专家之所以成为专家,是因为他拥有解决

自己专业领域问题的大量专门知识,包括各种有用的诀窍和经验,专家系统实际上就是在计算机上实现的这种领域专家的模仿物。应用专家系统的概念和技术,模拟人类专家的控制知识与经验而

建造的控制系统,就是专家控制系统。虽然专家控制系统是基于

专家系统建立起来的,但是它与专家系统之间存在一些重要差别。首先,一般的专家系统中操作人员是系统的组成部分,通过人机

对话完成“计算机专家”的功能,而专家控制系统中没有操作人

员的参与,要求专家控制系统能够独立和自动地对控制对象做出

决策;其次,专家系统通常以离线方式工作,而专家控制系统需

要获取在线动态信息,并对系统进行实时控制。

4.3 模糊智能控制

模糊理论是美国加利福尼亚大学的自动控制理论专家

L.A.Za de h教授最先提出的。1965年他在“In fo rm ati o n&

C o nt ro l”杂志上发表了“Fu zz y S et”(模糊集)一文,首次提出

了模糊集合的概念,并很快被人们接受。1974年,英国的Ma md an i

首先把模糊理论用于工业控制,取得了良好的效果。从此,模糊

逻辑控制理论和模糊逻辑控制系统的应用发展很快,展示了模糊

理论在控制领域中有着很好的发展前景。模糊逻辑控制现已成为

智能控制的重要组成部分。

专家控制系统和模糊逻辑控制系统至少有一点是共同的,即

二者都要建立人类经验和人类决策行为的模型。此外,二者都含

有知识库和推理机。因此,模糊逻辑控制器(F LC)通常又称为模

糊专家控制器(F EC),有时人们也把模糊专家系统叫做第二代专

家系统,因为它能够为专家系统的设计、开发和实现提供2个基

本的和统一的优点,即模糊知识表示和模糊推理方法。

4.4 神经网络智能控制

1943年麦卡洛克和皮茨(P i t t s)提出一种叫做“似脑机器”

(M in dl ik e M ac hi ne)的思想。这种机器可由基于生物神经元特性

的互连模型来制造,这就是最初的人工神经网络(A NN)概念。随

着人工神经网络应用研究的不断深入,新的神经网络模型不断推出,现有的神经网络模型已达近百种。在智能控制领域中,应用

最多的是B P网络、Ho pf ie l d网络、自组织神经网络、动态递归

网络、联想记忆网络、Ad al in e网络等。

基于神经网络的智能控制系统作为一个新兴领域,之所以能

引起自动控制界的广泛兴趣,其原因是:①神经网络具有逼近任

何非线性函数的能力;②神经网络易于用VL S I实现,从而使神

经网络具有快速和容错性高的优点;③神经网络自身的结构及其

多输入多输出的特点,使其易用于多变量系统的控制,且与其它

逼近方法相比较更为经济;④神经网络具有自适应和自学习的特性。神经网络的这些特点表明它有着传递函数在线性系统中的作用,但能够自然地扩展到具有非线性、时变性、复杂性、不确定

性的大系统中。值得提出的是,虽然其特点十分具有吸引力,但

其理论研究还不成熟,许多问题还有待进一步研究。

4.5 学习控制系统

人们对学习机器的设想与研究始于20世纪50年代,它是一

种模拟人的记忆与条件反射的自动装置。学习机的概念是与控制

论同时出现的。现有的机器学习的方法种类繁多,如归纳学习、类比学习、基于解释的学习和基于人工神经网络的学习等等。学

习控制最初用于解决飞行器的控制、模式分类和通信等问题,然

后逐渐用于电力系统和生产过程控制。学习控制系统能够处理具

有不确定性和非线性的过程,并能保证良好的适应性、满意的稳

定性和足够快的收敛。因此,近年来学习控制系统已获得广泛的

应用。

4.6 定性控制理论

定性推理(Qu al i ta ti ve R ea so nin g)是一种基于模型的推理。定性推理的对象是现实世界的物理系统,例如机器装置或电子器件。定性推理的基本思想是:为了搞清楚一个物理系统的行为,往往不需要使用严格的定量方法。传统的专家系统所进行的推理

广义上都认为是定性的,但与这里讲的定性推理不同。定性推理

不是通过收集系统变量在不同时间点上的取值来模拟系统行为,而是在更高的抽象层次上关心系统行为的定性特征,以便掌握用

于行为定性推理的知识种类,开发用于这种知识表示的一般模式,并寻求对物理系统进行行为推理的有效过程。

将定性推理应用到控制领域,便形成了智能控制的又一个新

的分支,即定性控制。1986年,Cl oc k si n和Mo rg an发表了

“Qu al it at iv e C on t ro l”论文,第一次给出了定性控制的要领,

提出了几种控制方案并将其同常规的控制方法做了比较,随后出

现了一系列有关定性控制的文章。定性控制器根据系统的不完全

的知识,对系统的输出行为做出预测和控制,这是常规控制器所

无法完成的。这里还有必要指出定性控制同模糊控制的主要区别:①模糊控制基于“黑箱”系统,不需要建立数学模型,其控制规

则需要凭经验或算法调整,而定性控制则基于定性模型,控制规则基于人们对系统的定性分析。②模糊控制是基于状态的精确测量值,而定性控制基于状态的定性测量值。

4.7 遗传算法与控制理论结合

遗传算法(G ene t ic A lg or it hm)作为一种解决复杂问题的有效方法,最初是由美国密执安大学的Jo hn H ol la n d教授于1975年提出来的。遗传算法的基本思想是基于Da rw i n的进化论和

M e nd el的遗传学说。遗传算法通过将问题转换成由染色体组成

的进化群体和对该群体进行操作的一组遗传算子(最基本的3个遗传算子是复制、交叉和突变),通过“适者生存,不适者淘汰”的进化机制,经过“生成—评价—选择—操作”的进化过程反复进行,直到搜索到最优解为止。当前,遗传算法用于自动控制主要是进行系统参数辨识、控制参数在线优化、神经网络中的学习等。虽然遗传算法与控制理论的结合有其突出的特点,但是,由于它目前还不能满足控制系统实时性的要求,所以影响了它的实际应用。

5结论

以上我们介绍了自动控制理论的发展情况,指出了自动控制理论已经历的三代的发展,即第一代的经典控制理论,第二代的现代控制理论和第三代的智能控制理论。之后我们还指出,各种控制理论都有其优点、缺点和适用围,如果能够取长补短,则必然能够扩大其应用的围,因而是控制理论的发展方向。事实上,现在已经出现了集经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论于一身的各种复合控制理论,如模糊P I D复合控制、模糊变结构控制、自适应模糊控制、模糊预测控制、模糊神经网络控制、专家PI D控制、专家模糊控制等等,有关复合控制的更详细的介绍请参见有关文献。

自动控制原理论文

自动控制 摘要:综述了自动控制理论的发展情况,指出自动控制理论所经历的三个发展阶段,即经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。最后指出,各种控制理论的复合能够取长补短,是控制理论的发展方向。 自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展:第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论;第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论;第三代为60年代中期即已萌芽,在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论(本质上是时域方法)都是建立在控制对象精确模型上的控制理论,而实际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点,难以建立精确的数学模型。因此,自动控制专家和学者希望能从要解决问题领域的知识出发,利用熟练操作者的丰富经验、思维和判断能力,来实现对上述复杂系统的控制,这就是基于知识的不依赖于精确的数学模型的智能控制。本文将对经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的发展情况及基本内容进行介绍。 1自动控制理论发展概述 自动控制是指使用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人 自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制,使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术,可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作,自动控制显得尤其重要。 自动控制理论是和人类社会发展密切联系的一门学科,是自动控制科学的核心。自从19世纪M ax we ll对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来,经过20世纪初Ny qu i s t,B od e,Ha rr is,Ev ans,W ie nn er,Ni cho l s等人的杰出贡献,终于形成了经典反馈控制理论基础,并于50年代趋于成熟。经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具,采用频域方法,主要研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计,但它存在着一定的局限性,即对“多输入—多输出”系统不宜用经典控制理论解决,特别是对非线性、时变系统更

自动控制原理课程设计 超前校正

自动控制原理课程设计 一. 设计题目 1.掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。 2.掌握对控制系统的相角裕度、稳态误差、截止频率和动态性能分析。 3.掌握利用matlab 对控制理论内容进行分析。 4.提高大家分析问题解决问题的能力。 二. 题目任务及要求 题目1:已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 10+=s s K s G 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务:用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计,使系统满足如下动态 及静态性能指标: (1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差rad e ss 15 1< ; (2)系统校正后,相位裕量 45≥γ。 (3)截止频率s rad c /5.7≥ω。 设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+=s s K s G 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计,使系统满足如下动态和静态性能: (1) 相角裕度045≥γ; (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为1.0=ss e ; (3) 系统的剪切频率wc <4.4rad/s 。 (4)模值余度h ≥10dB k=10;

num1=[1]; den1=conv([1 0],[1 1]); sys1=tf(k*num1,den1); figure(1); Margin(sys1); hold on figure(2); sys=feedback(sys1,1) step(sys) Transfer function: 10 ------- s^2 + s

未校正前的Bode图 未校正前的的阶跃响应曲线 由图可以看出未经校正的Bode图及其性能指标,还有如图(-2)所示的未校正的系统的阶跃响应曲线。由图(-1)可以看出系统的: 模值稳定余度; h=∞dB; -pi穿越频率:Wg=∞dB; 相角稳定余度为γ=180剪切频率:Wc=3.08rad/s; 由图(-1)可以知道,系统校正前,相角稳定余度=18<45。为满足要求,开环系剪切频率wc=3.08rad/s<4.4rad/s。也未能满足要求。其阶跃曲线如图(-2)其超调量竟达σ%=60%,固原系统需要矫正。 Transfer function: 10 ------------ s^2 + s + 10 h = Inf r = 17.9642 wx = Inf

自动控制原理实验报告

《自动控制原理》 实验报告 姓名: 学号: 专业: 班级: 时段: 成绩: 工学院自动化系

实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1.熟悉MATLAB 桌面和命令窗口,初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。 3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1.比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数,建立相应的SIMULINK 仿真模型,观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ; ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节(PD )2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节(PI )s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形

① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节

自动控制原理知识点

第一节自动控制的基本方式 一、两个定义: (1)自动控制:在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使某种设备、装置或生产过程中的某些物理量或工作状态能自动地按照预定规律变化或数值运行的方法,称为自动控制。 (2)自动控制系统:由控制器(含测量元件)和被控对象组成的有机整体。或由相互关联、相互制约、相互影响的一些元部件组成的具有自动控制功能的有机整体。称为自动控制系统。 在控制系统中,把影响系统输出量的外界输入量称为系统的输入量。 系统的输入量,通常指两种:给定输入量和扰动输入量。 给定输入量,又常称为参考较输入量,它决定系统输出量的要求值或某种变化规律。 扰动输入量,又常称为干扰输入量,它是系统不希望但又客观存在的外部输入量,例如,电源电压的波动、环境温度的变化、电动机拖动负载的变化等,都是实际系统中存在的扰动输入量。扰动输入量影响给定输入量对系统输出量的控制。 自动控制的基本方式 二、基本控制方式(3种) 1、开环控制方式 (1)定义: 控制系统的输出量对系统不产生作用的控制方式,称为开环控制方式。 具有这种控制方式的有机整体,称为开环控制系统。 如果从系统的结构角度看,开环控制方式也可表达为,没有系统输出量反馈的控制方式。(2)职能方框图 任何开环控制系统,从组成系统元部件的职能角度看,均可用下面的方框图表示。 2、闭环控制方式 (1) 定义: 系统输出量直接或间接地反馈到系统的输入端,参予了系统控制的方式,称为闭环控制方式。如果从系统的结构看,闭环控制方式也可表达为,有系统输出量反馈的控制方式。 自动控制的基本方式 工作原理 开环调速结构基础上引入一台测速发电机,作为检测系统输出量即电动机转速并转换为电压。 反馈电压与给定电压比较(相减)后,产生一偏差电压,经电压和功率放大器放大后去控制电动机的转速。 当系统处于稳定运行状态时,电动机就以电位器滑动端给出的电压值所对应的希望转速运行。 当系统受到某种干扰时(例如负载变大),电动机的转速会发生变化(下降),测速反馈

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计(论文)题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计(论文)成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G (ksm7) 1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标: (1)在单位斜坡信号输入下,系统的速度误差系数=10。 (2)相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 (3)系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹,它是开环系统某一参数从0变为无穷时,闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1)、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点,终于开环零点;本题中无零点,极点为:0、-1、-2 。故起于0、-1、-2,终于无穷处。 2)、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等,连续并且对称于实轴;本题中分支数为3条。

自动控制原理实验报告

实验报告 课程名称:自动控制原理 实验项目:典型环节的时域相应 实验地点:自动控制实验室 实验日期:2017 年 3 月22 日 指导教师:乔学工 实验一典型环节的时域特性 一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异,分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC 机一台,TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。 三、实验原理及内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应,实验前应熟悉了解。 1.比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数: K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应:) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图: (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线: ① 取R0 = 200K ;R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ;R1 = 200K 。

2.积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数: TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应: ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照: ① 取R0 = 200K ;C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ;C = 2uF 。

1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3.比例积分环节 (PI) (1)方框图: (2)传递函数: (3)阶跃响应: (4)模拟电路图: (5)理想与实际阶跃响应曲线对照: ①取 R0 = R1 = 200K;C = 1uF。 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K;C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t

自动控制原理知识点总结教学资料

2013自动控制原理知识点总结

自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用,而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。 主要特点:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (1)、稳定性:系统受到外作用后,其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的(3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立? (1)、确定系统的输入变量和输入变量 (2)、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边,与输出量有关的项写在等号的左边

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验(控制系统的时域分析) 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析,包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性; 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些? 2、 如何判断系统稳定性? 3、 系统的动态性能指标有哪些? 三、实验方法 (一) 四种典型响应 1、 阶跃响应: 阶跃响应常用格式: 1、)(sys step ;其中sys 可以为连续系统,也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ;表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ;表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =;可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应: 脉冲函数在数学上的精确定义:0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为:) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式: ① )(sys impulse ; ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = (二) 分析系统稳定性 有以下三种方法: 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图; 2、 利用tf2zp 求出系统零极点; 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 (三) 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

(完整版)自动控制原理知识点总结

@~@ 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用,而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。 主要特点:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (1)、稳定性:系统受到外作用后,其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的 (3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立? (1)、确定系统的输入变量和输入变量 (2)、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边,与输出量有关的项写在等号的左边 3.传递函数定义和性质?认真理解。(填空或选择)

自动控制原理课程设计题目(1)要点

自动控制原理课程设计题目及要求 一、单位负反馈随动系统的开环传递函数为 ) 101.0)(11.0()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标 (1)静态速度误差系数K v ≥100s -1; (2)相位裕量γ≥30° (3)幅频特性曲线中穿越频率ωc ≥45rad/s 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 二、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为 ) 2)(1()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标: (1)静态速度误差系数K v ≥5s -1; (2)相位裕量γ≥40° (3)幅值裕量K g ≥10dB 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 三、设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 2(4 )(+= s s s G k 1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。 2、设计系统的串联校正装置,要求校正后的系统满足指标: 闭环系统主导极点满足ωn =4rad/s 和ξ=0.5。 3、给出校正装置的传递函数。 4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量Kg 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告 一、实验名称:一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线,测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型,观测并记录不同阻尼比的响应曲线,并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数: 由电路图可得,取则K=1,T分别取:0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 (1)当T=0.25时,误差==6.12%; (2)当T=0.5时,误差==1.32%; (3)当T=1时,误差==3.58% 误差分析:由于T决定响应参数,而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差,另外,导线的连接上也存在一些误差以及干扰,使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内,响应曲线也反映了预期要求,所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出,一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线,特征有T确定,T越小,过度过程进行得越快,系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数: 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注:T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出,否则误差较大。 误差计算及分析 1)当ξ=0.25时,超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2)当ξ=0.5时,超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4)当ξ=1时,超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析:由于本试验中,用的参量比较多,有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差,误差再累加,导致最终结果出现了比较大的误差,另外,此实验用的导线要多一点,干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面,这些误差并不影响,这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点,通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系,不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出,当ωn一定时,超调量随着ξ的增加而减小,直到ξ达到某个值时没有了超调;而调节时间随ξ的增大,先减小,直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知,当ξ=0.707时,调节时间最短,而此时的超调量也小于5%,此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧,体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程,达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3

-自动控制原理知识点汇总

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自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用,而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。 主要特点:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (1)、稳定性:系统受到外作用后,其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的 (3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立? (1)、确定系统的输入变量和输入变量 (2)、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边,与输出量有关的项写在等号的左边 3.传递函数定义和性质?认真理解。(填空或选择) 传递函数:在零初始条件下,线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变

自动控制原理校正课程设计-- 线性控制系统校正与分析

自动控制原理校正课程设计-- 线性控制系统校正与分析

课程设计报告书 题目线性控制系统校正与分析 院部名称机电工程学院 专业10电气工程及其自动(单)班级 组长姓名 学号 设计地点工科楼C 214 设计学时1周 指导教师

金陵科技学院教务处制 目录 目录 (3) 第一章课程设计的目的及题目 (4) 1.1课程设计的目的 (4) 1.2课程设计的题目 (4) 第二章课程设计的任务及要求 (6) 2.1课程设计的任务 (6) 2.2课程设计的要求 (6) 第三章校正函数的设计 (7) 3.1设计任务 (7) 3.2设计部分 (7) 第四章系统动态性能的分析 (10) 4.1校正前系统的动态性能分析 (10) 4.2校正后系统的动态性能分析 (13) 第五章系统的根轨迹分析及幅相特性 (16) 5.1校正前系统的根轨迹分析 (16) 5.2校正后系统的根轨迹分析 (18) 第七章传递函数特征根及bode图 (20) 7.1校正前系统的幅相特性和bode图 (20) 7.2校正后系统的传递函数的特征根和bode图 (21) 第七章总结 (23) 参考文献 (24)

第一章 课程设计的目的及题目 1.1课程设计的目的 ⑴掌握自动控制原理的时域分析法,根轨迹法,频域分析法,以及各种补偿(校正)装置的作用及用法,能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析,能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计,并调试满足系统的指标。 ⑵学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 1.2课程设计的题目 已知单位负反馈系统的开环传递函数) 125.0)(1()(0 ++= s s s K s G ,试用频率法 设计串联滞后校正装置,使系统的相角裕量 30>γ,静态速度误差系数 110-=s K v 。

自动控制论文题目选题参考

https://www.360docs.net/doc/455508678.html, 自动控制论文题目 一、最新自动控制论文选题参考 1、基于PLC的种子包衣机自动控制系统设计与实现 2、无线数据传输在节水灌溉自动控制中的应用 3、自动控制在污水处理中的应用 4、基于SCADA的无功电压自动控制系统 5、高炉热风炉全自动控制专家系统 6、智能交通系统及其车辆自动控制技术 7、智能温室自动控制系统的设计与应用 8、基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计 9、列车运行自动控制(ATO)算法的研究 10、自动变速器(十一)——变速器的自动控制系统(下) 11、自动控制技术——汽车动力学稳定性控制系统研究现状及发展趋势 12、循环流化床锅炉热工自动控制系统 13、温室节点式渗灌自动控制系统设计与实现 14、SBR法计算机自动控制系统的研究 15、主动式自动控制烤房研制与试验报告 16、盾构机自动控制技术现状与展望 17、自动控制中的矩阵理论 18、高炉热风炉全自动控制专家系统 19、自动变速器(九)——变速器的自动控制系统(上) 20、楼宇自动控制网络通信协议BACnet实现模型的研究

https://www.360docs.net/doc/455508678.html, 二、自动控制论文题目大全 1、冷连轧板形自动控制 2、冷连轧机张力自动控制系统 3、复卷机张力自动控制系统 4、"自动控制原理"课程讲授的几个要点 5、变电站电压无功综合自动控制的实现与探讨 6、自动变速器(十)——变速器的自动控制系统(中) 7、自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践 8、论间歇式活性污泥法的自动控制 9、用于水果实时分级系统的同步跟踪自动控制装置 10、《自动控制原理》课程的教学改革与实践 11、DCS自动控制系统软件体系的设计与实现 12、Proteus软件在自动控制系统仿真中的应用 13、烧结生产自动控制新技术(上) 14、电力传动与自动控制系统 15、活性污泥法污水处理过程自动控制的研究现状 16、模糊参数自整定PID控制技术在推土机自动控制系统中的应用 17、烧结生产自动控制新技术(下) 18、波浪能独立稳定发电自动控制系统 19、鱼雷自动控制系统 20、自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨 三、热门自动控制专业论文题目推荐

自动控制原理课程设计控制系统的超前校正设计武汉理工大学

额,这个文档是在百度文库花20分下载的,太坑爹了,所以我加了这几个字重新上传了。大家攒点百度币不容易………… 目录 1 超前校正的原理及方法 (2) 何谓校正为何校正 (2) 超前校正的原理及方法 (2) 超前校正的原理 (2) 超前校正的应用方法 (4) 2 控制系统的超前校正设计 (5) 初始状态的分析 (5) 超前校正分析及计算 (8) 校正装置参数的选择和计算 (8) 校正后的验证 (10) 校正对系统性能改变的分析 (14) 3心得体会 (16) 参考文献 (17)

控制系统的超前校正设计 1 超前校正的原理及方法 何谓校正 为何校正 所谓校正,就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置,是系统整 个特性发生变化。校正的目的是为了在调整发大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标的情况下,通过加入的校正装置,是系统性能全面满足设计要求。 超前校正的原理及方法 超前校正的原理 无源超前网络的电路如图1所示。 图1 无源超前网络电路图 r u c u 1 R 2R C

如果输入信号源的内阻为了零,且输出端的负载阻抗为无穷大,则超前网络的传递函数可写为 1()1c aTs aG s Ts += + (2-1) 式中1221R R a R += > , 1212 R R T C R R =+ 通常a 为分度系数,T 叫时间常数,由式(2-1)可知,采用无源超前网络进行串联校正时,整个系统的开环增益要下降a 倍,因此需要提高放大器增益交易补偿。 根据式(2-1),可以得无源超前网络()c aG s 的对数频率特性,超前网络对频率在1/aT 至1/T 之间的输入信号有明显的微分作用,在该频率范围内,输出信号相角比输入信号相角超前,超前网络的名称由此而得。在最大超前交频率m ω处,具有最大超前角m ?。 超前网路(2-1)的相角为 ()c arctgaT arctgT ?ωωω=- (2-2) 将上式对ω求导并令其为零,得最大超前角频率 m ω=1/T a (2-3) 将上式代入(2-2),得最大超前角频率 (2-4) 同时还易知 ''m c ωω= ?m 仅与衰减因子a 有关。a 值越大,超前网络的微分效应越强。但a 的最大值受到超前 网络物理结构的制约,通常取为20左右(这就意味着超前网络可以产生的最大相位超前大约为65度)如果要得大于 的相位超前角,可用两个超前校正网络串联实现,并在串 联的两个网络之间加一个隔离放大器,以消除它们之间的负载效应。 利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理,是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性。只要正确地将超前网络的交接频率1/aT 或1/T 选在待校正系统截止频率的两旁,并适当选择参数a 和T ,就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求,从而改善系统的动态性能。使校正后系统具有如下特点:低频段的增益满足稳态精度的要求;中频段对数幅频特性的斜率为-20db/dec ,并具有较宽的频带,使系统具 1 arcsin 12m a arctg a a ?-==+

自动控制原理知识点总结

河南省郑州市惠济区河南商业高等专科学校,文化路英 才街2号 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 3.开环控制和闭环控制的概念?掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点?(分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) sa 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 2.了解微分方程的建立? 3.传递函数定义和性质?认真理解。(填空或选择) 4.七个典型环节的传递函数(必须掌握)。了解其特点。(简答) 5.动态结构图的等效变换与化简。三种基本形式,尤其是式2-61。主要掌握结构图的化简用法,参考P38习题2-9(a)、(e)、(f)。(化简) 6.系统的开环传递函数、闭环传递函数(重点是给定作用下)、误差传递函数(重 点是给定作用下):式2-63、2-64、2-66 第三章 1.P42系统的时域性能指标。各自的定义,各自衡量了什么性能?(填空或选择) 2.一阶系统的单位阶跃响应。(填空或选择) 3.二阶系统: (1)传递函数、两个参数各自的含义;(填空)

(2)单位阶跃响应的分类,不同阻尼比时响应的大致情况(图3-10);(填空)(3)欠阻尼情况的单位阶跃响应:掌握式3-21、3-23~3-27;参考P51例3-4的欠阻尼情况、P72习题3-6。 4.系统稳定的充要条件?劳斯判据的简单应用:参考P55例3-5、3-6。(分析题) 5.用误差系数法求解给定作用下的稳态误差。参考P72习题3-13。(计算题) 第四章 1.幅频特性、相频特性和频率特性的概念。 2.七个典型环节的频率特性(必须掌握)。了解其伯德图的形状。(简答题) 3.绘制伯德图的步骤(主要是L(ω)) 4.根据伯德图求传递函数:参考P110习题4-4。(分析题) 5.奈氏判据的用法:参考P111习题4-6。(分析题) 6.相位裕量和幅值裕量的概念、意义及工程中对二者的要求。(填空或判断) 7.开环频率特性与时域指标的关系中低频段、中频段、高频段各自影响什么性能?注意相位裕量和穿越频率各自影响什么性能?(填空或判断) 第五章 1.常用的校正方案有什么?(填空) 2.PID控制: (1)时域表达式P122式5-18 (2)P、PI、PD、PID控制各自的优缺点?(简答题) 第六章 填空

自动控制原理课程论文

《自动控制原理(下)》 课程论文 1011自动化 XX 2010XXXX 2013.4

非线性控制系统 摘要:非线性控制系统是用非线性方程来描述的非线性控制系统。系统中包含有非线性元件或环节。状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。线性因果关系的基本属性是满足叠加原理。在非线性控制系统中必定存在非线性元件,但逆命题不一定成立。描述非线性系统的数学模型,按变量是连续的或是离散的,分别为非线性微分方程组或非线性差分方程组。非线性控制系统的形成基于两类原因,一是被控系统中包含有不能忽略的非线性因素,二是为提高控制性能或简化控制系统结构而人为地采用非线性元件。 关键字:非线性系统相平面法描述函数法 正文: 一、非线性特性 典型非线性特性 (1)非线性系统的特点 ①叠加原理无法应用于非线性微分方程中。 ②非线性系统的稳定性不仅与系统的结构和参数有关,而且与系统的输入信号和初始条件有关。 ③线性系统的零输入响应形式与系统的初始状态无关,而非线性系统的零输入响应形式与系统的初始状态却有关。 ④有些非线性系统,在初始状态的激励下,可以产生固定振幅和固定频率的自激振荡或极限环。 (2)典型非线性特性 二、非线性控制系统的应用条件 非线性系统的分析远比线性系统为复杂,缺乏能统一处理的有效数学工具。在许多工程应用中,由于难以求解出系统的精确输出过程,通常只限于考虑:①系统是否稳定。②系统是否产生自激振荡(见非线性振动)及其振幅和频率的测算方法。③如何限制自激振荡的幅值以至消除它。例如一个频率是ω的自激振

自动控制原理实验报告73809

-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数: 当Kp 分别为0.5,1,2时,输入幅值为1.84的正向阶跃信号,理论上依次输出幅值为0.92,1.84,3.68的反向阶跃信号。实验中,输出信号依次为幅值为0.94,1.88,3.70的反向阶跃信号, 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为: (1)T=0.1(0.033)时,C=1μf (0.33μf ),利用MATLAB ,模拟阶跃信号输入下的输出信号如图: T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知,实际与理论值较为吻合,理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍,实际上为8/2.6=3.08,在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20

惯性环节传递函数为: K = R f /R 1,T = R f C, (1) 保持K = R f /R 1 = 1不变,观测T = 0.1秒,0.01秒(既R 1 = 100K,C = 1μf , 0.1μf )时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下: T=0.1时 t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s (5%)理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为:(40-30)/30=33.3% 由于ts 较小,所以读数时误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值较为接近 (2) 保持T = R f C = 0.1s 不变,分别观测K = 1,2时的输出波形。 K=1时波形即为(1)中T0.1时波形 K=2时,利用matlab 仿真得到如下结果: t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2,实验值4.30/2.28, 1 TS K )s (R )s (C +-=

5.自动控制原理考试复习笔记--本科生总结

自动控制原理复习总结笔记 一、 自动控制理论的分析方法: (1)时域分析法; (2)频率法; (3)根轨迹法; (4)状态空间方法; (5)离散系统分析方法; (6)非线性分析方法 二、系统的数学模型 (1)解析表达:微分方程;差分方程;传递函数;脉冲传递函数;频率特性;脉冲响应函数;阶跃响应函数 (2)图形表达:动态方框图(结构图);信号流图;零极点分布;频率响应曲线;单位阶跃响应曲线 时域响应分析 一、对系统的三点要求: (1)必须稳定,且有相位裕量γ和增益裕量g K (2)动态品质指标好。p t 、s t 、r t 、σ% (3)稳态误差小,精度高 二、结构图简化——梅逊公式 例1、 解:方法一:利用结构图分析: ()()()()[]()()[]()s X s Y s R s Y s X s R s E 11--=+-=

方法二:利用梅逊公式 ? ? = ∑=n k K K P s G 1 )( 其中特征式 (11) ,,1 ,1 +- + -=?∑∑∑===Q f e d f e d M k j k j N i i L L L L L L 式中: ∑i L 为所有单独回路增益之和 ∑j i L L 为所有两个互不接触的单独回路增益乘积之和 ∑f e d L L L 为所有三个互不接触的单独回路增益乘积之和 其中,k P 为第K 条前向通路之总增益; k ? 为从Δ中剔除与第K 条前向通路有接触的项; n 为从输入节点到输出节点的前向通路数目 对应此例,则有: 通路:211G G P ?= ,11=? 特征式:312131211)(1G G G G G G G G ++=---=? 则: 3 121111)() (G G G G P s R s Y ++?= 例2:[2002年备考题]

自动控制原理论文(DOC)

自动控制原理结课论文论文题目:时域分析的Matlab实现

时域分析的Matlab实现 摘要 分析和设计系统的首要工作是确定系统的数学模型。一旦建立了合理的、便于分析的数学模型,就可以对已组成的控制系统进行分析,从而得出系统性能的改进方法。经典控制理论中,常用时域分析法、根轨迹法或频率分析法来分析控制系统的性能。本文采用MATLAB 语言编程实现了高阶系统时域分析,分析了其稳定性、快速性、准确性,并应用实例验证了其有效性。 [关键词] 时域分析高阶系统MATLAB 实现

目录 一、引言 (1) 二、时域分析基础理论 (1) (一)典型输入信号和时域性能指标 (2) 1、典型输入信号 (2) 2、时域性能指标 (4) (二)一阶系统的时域分析 (5) 1、单位阶跃响应 (5) 2、单位斜坡响应 (7) 3、单位脉冲响应 (7) (三)高阶系统的时域分析 (8) 三、基于MATLAB实现高阶系统的时域分析 (10) 四、高阶系统时域分析的MATLAB 实现 (11) (一)应用经典法求解 (12) (二)MATLAB实现 (12) 1、系统稳定性分析 (13) 2、系统的快速性分析 (16) 3、系统的准确性分析 (16) (三)应用MATLAB分析系统的动态特性 (17) 五、结论 (19) 参考文献 (20)

时域分析的Matlab实现 一、引言 信号与系统的分析在自动控制领域有十分重要的作用。进行分析时,一般先抽象为数学模型,然后讨论系统本身的初始状态以及不同激励时的响应。对于高阶的微分方程,由于计算量庞大,人工计算难于实现。经典控制理论对高阶系统进行时域分析通常采用拉氏反变换的方法求系统响应,系统阶次越高,进行拉氏反变换的困难就越大,因此,用经典法对高阶系统进行时域分析是一件较困难的事。本文采用MATLAB 语言编程,设计了对高阶系统进行时域性能辅助分析程序,充分发挥了MATLAB 人机交互性好、函数调用方便、数学运算与绘图功能强大的优势,使分析效率和准确性大为提高。 二、时域分析基础理论 那什么是时域分析呢?时域分析是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。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法,所以时域分析具有直观和准确的优点。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。在初值为零时,一般都利用传递函数进行研究,用传递函数间接的评价系统的性能指标。具体是根据闭环系统传递函数的极点和零点来分析系统的性能。此时也称为复频域分析。

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