自动控制原理(11J-19)PDF
.自动控制原理(精品)共41页文档
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
自动控制原理(11J-13)PDF
10
3. 三阶系统的根轨迹
二阶系统增加一个开环极点，使系统成为三阶系统。 例：三阶系统结构图如下图所示。
要求：画该系统的根轨迹，分析极点环节引起的变化。 解：开环传递函数为：
Kg = a K k;a =
1 T
11
Im
根轨迹方程：
Kg s ( s + 1) (s + a )
= −1
Re -a -1
根轨迹是什么形状？
由幅角条件:
∠( s + a ) − ∠s − ∠( s + 0.2) = 1
0
代入：s = σ + jω
可证明在复平面上根轨迹是一个圆方程:
(σ + a ) 2 + ω 2 = a 2 − 0.2a
圆心: 半径:
σ = − a, ω = 0
r = a − 0.2a
2
性能比较: 在极点左侧增加1个开环零点后, 使根轨迹向左偏移。闭环系 统的稳定性、动态性得到改善，稳态特性不变（型不变）。
KK T
1 得系统开环放大系数调整关系： K K = 2T
7
2．开环具有零点的二阶系统根轨迹
典型二阶系统前向通道增加一个零点，系统结构图如所示：
其
K > 0.2 中 ： g = K; a
要求：画该系统的根轨迹，分析零点环节引起的变化。
8
根轨迹方程：
K g ( s + a) s ( s + 0.2)
1 a r sc c o =4 s 5 θ = a r c ςc= o 2
R是根轨迹上的点， 应满足幅值条件。
6
极点矢量？零点矢量？ 令根轨迹增益：
图形关系： cos θ =
自动控制原理考研指导pdf
自动控制原理考研指导pdf 自动控制原理是控制工程领域的重要基础课程，广泛应用于各个工程领域。
对于即将参加考研的同学来说，掌握自动控制原理课程的关键概念和方法，是取得优异成绩的重要保证。
自动控制原理主要研究将系统的输出通过反馈作用与期望值进行对比，并通过调节系统的输入，使得输出尽可能接近期望值的原理和方法。
在工程实际中，我们常常需要对各种系统进行控制，以达到我们预期的目标。
例如，电机速度控制、温度控制、飞行器姿态控制等等，都是通过自动控制原理来实现的。
自动控制原理的基本概念包括系统、输入、输出、控制器、传感器等。
系统是指需要进行控制的对象，它可以是一个机械装置、一个电路、一个化工过程等等。
输入是指控制系统对系统施加的激励，它可以是电压、电流、力、温度等物理量。
输出是指系统对激励作出的响应，它可以是位置、速度、温度等。
控制器是根据系统的输入和输出进行判断和决策，并产生控制信号的部分。
传感器是用来采集系统输出信号的装置，它将输出信号转换成电信号送给控制器分析。
掌握这些基本概念是理解自动控制原理的前提，也是解决实际控制问题的基础。
自动控制原理的主要方法包括经典控制方法和现代控制方法。
经典控制方法主要包括比例控制、积分控制、微分控制等，它们是根据控制系统的特性进行设计和调整的。
现代控制方法主要包括状态空间分析与设计、斯坦利斯拉夫莫里斯方法等，它们是基于系统状态的描述进行控制设计的。
在实际应用中，根据具体需求选择合适的控制方法，并结合实际系统特性进行参数调整，能够更好地实现控制目标。
在考研中，自动控制原理的考察点主要包括控制系统的基本概念、传递函数和稳定性分析、根轨迹法和频率响应法等。
对于这些考察点，我们需要掌握相应的理论知识，并进行大量的练习和实践，以便在考试中能够熟练应用。
为了提高自动控制原理的学习效果和成功通过考试，我们可以采取一些有效的学习方法。
首先，要理清基本概念和方法的逻辑关系，建立全面、系统的知识框架。
《自动控制原理》电子教案(共8章)
第一章自动控制的一般概念第一节控制理论的发展自动控制的萌芽:自动化技术学科萌芽于１８世纪,由于工业革命的发展,如何进一步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。
特点:简单的单一对象控制。
1. 经典控制理论分类线性控制理论，非线性控制理论,采样控制理论2.现代控制理论ﻫ3．大系统理论ﻫ４. 智能控制理论发展历程:1. 经典控制理论时期（１9４0-19６0）研究单变量的系统,如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车的运动轨迹等。
⏹1９４5年美国人Bodｅ出版了《网络分析与放大器的设计》,奠定了控制理论的基础；⏹1942年哈里斯引入传递函数;⏹1９４８年伊万恩提出了根轨迹法；⏹1９４9年维纳关于经典控制的专著。
特点：以传递函数为数学工具，采用频率域法,研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计,而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。
2．现代控制理论时期（20世纪５0年代末-60年代初)研究多变量的系统，如，汽车看成是一个具有两个输入(驾驶盘和加速踏板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。
空间技术的发展提出了许多复杂的控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上，对自动控制的精密性和经济性指标提出了极严格的要求。
并推动了控制理论的发展。
⏹Kａlｍan的能控性观测性和最优滤波理论;⏹庞特里亚金的极大值原理;⏹贝尔曼的动态规划。
特点：采用状态空间法（时域法)，研究“对输入-多输出”、时变、非线性系统等高精度和高复杂度的控制问题。
3．大系统控制时期（19７0ｓ-)各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂。
大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。
它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。
如:人体,我们就可以看作为一个大系统,其中有体温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分的控制等等。
自动控制原理pdf
自动控制原理pdf1 自动控制原理介绍自动控制原理是控制系统所必备的一个基本学科，几乎所有技术，从船舶系统到火车系统，都涉及自动控制原理。
它关注如何把输入信号转换成正确的输出，并考虑传递信、存储信息、变压器及其它电路的功效，以及如何控制复杂的系统的运行，从失真的现象中学习，改进系统的性能。
自动控制原理使用数学方法，物理理论，信号处理技术，计算机编程，仿真和实验来设计，分析，改进和实施控制系统。
2 自动控制原理的应用自动控制原理有助于设计，分析和实施控制系统，使系统快速、准确、稳定地完成预定的任务。
自动控制原理能够帮助解决一系列问题，包括失真的模型，建立可靠的信号传递网络，性能变化的抑制，以及构建易于操作的人机接口。
对于复杂系统，控制原理也可以帮助更好地应用模拟和实验，模拟系统改进流程，以及识别和抑制频繁发生的错误。
3 自动控制原理的分类自动控制原理可以分为几类：（1）模型匹配，用于定量测量预期输出与实际输出之间的差异，以及适当的调整控制参数来消除两者之间的差异。
（2）非线性控制理论，用于研究模拟系统的动态特性，解读的内容包括影响系统行为的各种动力学过程，以及不同介质中信号传播的方式。
（3）离散控制，用于控制微分方程，数字技术和机器人等。
（4）运动控制，用于管理机器人，机器人链，夹具控制系统的机器运动。
（5）遥控、遥测，用于建立分布式控制系统，模拟系统和失真系统的输入和输出。
总的来说，自动控制原理是连接控制设计、数字信号处理和计算机技术的桥梁，它们都是解决复杂控制问题所必备的基本理论。
对该原理的全面了解可以帮助研究者解决实际中控制问题。
自动控制原理(电子)精品文档20页
一、课程计划：1、课程概要本课程介绍自动控制系统的基本原理、工程分析以及设计方法，使学生建立反馈控制系统的基本概念，学会利用经典控制理论的方法来分析、设计自动控制系统。
主要研究自动控制系统的基本概念、控制系统的时域和复频域数学模型及其结构图；全面细致地研究线性控制系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法以及校正和设计方法。
2、学习目标建立经典控制理论部分的基本概念，掌握和了解其基本理论和方法以及对系统的改善。
3、基本要求1、掌握自动控制原理的基本概念、理论和主要研究方法；2、能够建立线性定常系统的数学模型、传递函数、结构图；3、掌握时域分析法、根轨迹法和频域分析法；4、能够按要求校正系统。
4、老师介绍林红，副教授、硕士生导师，工学博士，现任职于苏州大学电子信息学院。
主要研究方向：信息处理、非线性控制及机电一体化。
主编教材1部，发表学术论文10余篇，获苏州大学课堂教学竞赛二等奖、AMD教书育人奖。
二、视频序号及知识点名称正确性审核1、审核提供的视频内容是否为完整的课程内容；完整2、知识点序号及知识点名称是否正确，如有错误予以修改；请将知识点标题做如下修改：“10控制系统的传递函数”更改为“10控制系统的传递函数（一）”“11控制系统的传递函数”更改为“11控制系统的传递函数（二）”“12控制系统的结构图”更改为“12控制系统的结构图（一）”“13控制系统的结构图”更改为“13控制系统的结构图（二）”“16二阶系统的时域分析”更改为“16二阶系统的时域分析（一）”“17二阶系统的时域分析”更改为“17二阶系统的时域分析（二）”“19线性系统的稳定性分析”更改为“19线性系统的稳定性分析（一）”“20线性系统的稳定性分析”更改为“20线性系统的稳定性分析（二）”“25根轨迹绘制的基本法制”更改为“25根轨迹绘制的基本法则（一）”“26根轨迹绘制的基本法则”更改为“26根轨迹绘制的基本法则（二）”“27根轨迹绘制的基本法则”更改为“27根轨迹绘制的基本法则（三）”“30利用根轨迹分析系统性能”更改为“30利用根轨迹分析系统性能（一）”“31利用根轨迹分析系统性能”更改为“31利用根轨迹分析系统性能（二）”“34典型环节的频率特性”更改为“34典型环节的频率特性（一）”“35典型环节的频率特性”更改为“35典型环节的频率特性（二）”“45串联校正”更改为“45串联校正（一）”“46串联校正”更改为“46串联校正（二）”三、每个知识点的内容概要，在线、离线作业：1.自动控制的基本概念本知识点介绍了自动控制的概念、自动控制系统的基本组成和控制系统的方框图。
自动控制原理
[-4，-6] 右侧实零、极点数=7。
渐近线与实轴的倾角（k=0，1，2，…） ：
渐近线与实轴交点的坐标值：
沿着渐近线趋于无限远处， 当系统n>m时，有（n－m）条根轨迹分支终止于无限远零点。 渐近线也对称于实轴（包括与实轴重合）。
五、根轨迹的渐近线
证明
根轨迹上，靠近起点p1处取一点s1 相角方程 s1p1 起始角p
四条分支
起始点p1＝0、 p2、3＝―0.5+j1.5 、 p4＝―2.5
终止点z1＝－1.5、z2，3 ＝－2±j、－∞
实轴上0～－1.5和－2.5～－∞两区段是根轨迹
取k＝0
p3和p2为共轭复数， 根轨迹起始角对称。
或
两式相除
或
即得
解出s1，即为分离点b
3
2
1
4
5
6
已知某一系统的开环零极点分布，试概略画出其根轨迹。
规则1、2、3
根轨迹有三条分支，分别起始于开环极点0、－2、－3，终止于一个开环有限零点－1和二个无限零点。 根轨迹对称于实轴。
规则4实轴上0到－1和－2到－3两个区域段为根轨迹
规则5根轨迹有两条渐近线（n－m＝2), 令k=0
K＝0时
两个负实根
K值增加
相对靠近移动
离开负实轴，分别s=-1/2 直线向上和向下移动。
一对共轭复根
根轨迹图系统的相关动静态性能信息
过阻尼系统，阶跃响应为非周期过程；
临界阻尼系统，阶跃响应为非周期过程；
欠阻尼系统，阶跃响应为阻尼振荡过程。
1）当K值确定之后，根据闭环极点的位 置，该系统的阶跃响应指标便可求出。
根轨迹的分离点 证明 例 证明 例
自动控制原理
控变量的值并把它变换为与输入量同一物理量后，再反
馈到输入端以作比较。
EXIT
第1章第24页
比较元件 —— 比较输入信号与反馈信号，以产生反映两 者差值的偏差信号。
放大元件——将微弱的信号作线性放大。
校正元件 —— 也叫补偿元件，它是按某种函数规律变换
控制信号，以利于改善系统的动态品质或静态性能。
执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，
自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接 影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿，抗干扰性 能差。因此，开环系统对元器件的精度要求较高。
EXIT
第1章第16页
1.2.2 闭环控制系统
偏差 ue= ug-uf
+ _
u
电位器
g
+
+
电 压 放大器 _
功 率 放大器
_ a
电动机
u
n
Mc
负载
_
uf
EXIT
第1章第27页
1.4
自动控制系统的分类
EXIT
第1章第28页
1.4.1 按输入信号的特征分
1.恒值调节系统：该类系统的输入信号为一常数，扰动使被 控量偏离理想值而出现偏差，利用偏差该系统可使被控量回 复到理想值或接近理想值。上述的转速闭环控制系统、水位 控制系统均属于此类系统。 2.程序控制系统：输入信号为已知的时间函数，如机械加工 中的数控机床工作台移动系统。 3.随动系统：这类系统的给定量是时间的未知函数，系统能
EXIT
第1章第26页
反馈信号：由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统 （或元件）输入端的信号称为反馈信号。反馈分为主反馈 和局部反馈。 偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。偏差信号 简称偏差。 误差信号：它是指系统输出量的期望值与实际值之差，简 称误差。在单位反馈情况下，误差值也就是偏差值，二者 是相等的。 扰动信号：简称扰动或干扰，它与控制作用相反，是一种 不希望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自 系统内部，又可来自系统外部，前者称为内部扰动，后者 称为外部扰动。 外部扰动是不希望的输入信号。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
解: 由图示特性可知,系统为2型系统, 开环频率特性应为
ω K (1 + j ) 5 G ( jω ) = ( jω ) 2
ω L(ω ) = 20 lg 2 + 20 lg 1 + ω 5 K
2
0
L(ω)
-- 40dB/dec
-- 20dB/dec 5 10
ω
(1) 利用低频段特性求K值： （已知：ωa=7.07）
s→0
L1 (ω )＝20 log
K
ω
2
= −20 log
ω2
K
7
(Ka=K)
8
9
“2” 型系统Bode图特点:
(1) 起始段为斜率: - 40dB/dec (2) 起始线段(或其延长线)在ω=1处的幅值为:
Ka L1 (ω ) = 20 lg ( jω ) 2
= 20 lg K a = 20 lg K
的交接频率时，斜率增加
(5) 最后在各转折频率附近作误差修正，得精确曲线。
13
3. Bode图相频特性的简捷绘制
● 在低频区，对数相频特性由
−ν × 90 o 开始。
● 在高频段，ω→∞，相频特性趋于
− (n − m) × 90o
● 如果在某一频率范围内，对数幅频特性 L(ω) 的斜率
保持不变，则在此频率范围内，相位也几乎不变。
(2)对于1型系统, 静态位置误差系数为: Kv = K = 10
ess = 1/Kv = 1/K = 1/10 = 0.1
（3）该系统的相位特性
30
ϕ（ω） = -90 − arctg
0
相位特性 ω
0.01
ω
0.01 K (1 + j
+ arctg
ω
)
ω
0.1
− arctg
ω
5
G ( jω ) =
.
“1” 型系统：
K (Ta s + 1)(Tb s + 1)...(Tm s + 1) G( s) = ν s (T1 s + 1)(T2 s + 1)...(T p s + 1)
开环频率特性:
(ν = 1)
ω ω ω + 1)( j + 1)...( j + 1) K( j ωa ωb ωm G ( jω ) = ω ω ω + 1)...( j + 1) jω ( j + 1)( j ω1 ω2 ωp
二、开环频率特性 Bode图的特点及其简捷绘制
■ 从总体看，控制系统的频率特性属低通特性； ■ 起始段特性（低频段）的斜率取决于系统的“型”； ■ 高频段的衰减速率取决于系统的 “阶次差”。 ■ 中间段衰减率变化发生在各环节的转折频率点。
1
1. 起始段特性（低频段）斜率取决于系统的“型” “0” 型系统：
ω =1
（3）起始线段(或其延长线)与 0 dB线 的交点为ωc , 其数值为: ω = K = K
c a
由于:
L1 (ω c )＝20 log
K
ω
2
= 0 , (ω c = K )
10
2 . 对数幅频特性的简捷绘制
G ( s) = (1)将开环传递函数变为时间常数形式： υ 写出对应的开环频率特性。 s
令 : 20 lg
K
ω a2
2 = 0 , K = ωa = 7.07 2 = 50
27
(2) 利用完整幅频特性求K值： （未知ωa 值） 据: 在
L(ω ) = 20 lg
ω 20 lg 1 + + 2 ω 5 K
2
ω
= 10 处, 令 : L(10) ≈ 20 lg
K + 20 lg 2 = 0 2 10
求得: K = 50
1 2 (3) 求输入为 r (t ) = t 时系统的稳态误差 2
2型系统:
Ka = K = 50
ess = 1/Ka = 1/50
28
练习题：已知最小相位 系统的开环对数幅频特性 , 要求: （1） 写出该系统的开环传递函数. （2）确定当 r(t) = t (t ≥ 0) 时的系统误差. （3）试画出该系统的相位特性。
L1 (1)＝20 log
K
ω
= 20 log K = 20 log K v
(3) 起始段(或延长线)与 0dB 线交于ωc 处, 其值为: ωc = Kv = K
L1 (ω c )＝20 log
K
ωc
= 0 ; (ω c = K = K v )
（ωc 称为 0dB 交界频率）
6
“2” 型系统：
K (Ta s + 1)(Tb s + 1)...(Tm s + 1) G( s) = ν s (T1 s + 1)(T2 s + 1)...(T p s + 1)
Φ( ∞ ) = −90 ( n − m ) = 0
25
例3： 已知最小相位系统的开环波特图如图所示:
L(ω)
-- 40dB/dec
-- 20dB/dec 0 5 10
ω
1. 若已知低频段特性曲线的延线与0dB线交于ωa=7.07,确定 此系统的频率特性. 2. 若未知低频段特性曲线的延线与0dB线交点频率ω,确定此 系统的频率特性. 1 2 3.求输入为 r (t ) = t 时系统的稳态误差. 26
开环频率特性:
(ν = 2)
ω ω ω K( j + 1)( j + 1)...( j + 1) ωa ωb ωm G ( jω ) = ω ω ω 2 + 1)...( j + 1) ( jω ) ( j + 1)( j ω1 ω2 ωp
静态加速度误差系数: 起始段特性:
K a = lim s 2G ( s ) = K
18
ϕ（ω） = -90 + arctg
0
ω
2
− arctg
ω
0.5
− arctg
ω
30
19
三、最小相位系统的 Bode 图 最小相位系统频率特性的特点：
1. 如果两个系统有相同的幅频特性，则在整个频率范围 内，最小相位系统的相位滞后总小于非最小相位系统。 2. 最小相位系统的幅频特性与相频特性有唯一的对应关系。 3.最小相位系统的优点: 幅频、相频特性简单，有利于系统的稳定性设计。
对数幅频特性:
L(ω ) = 20 log G ( jω )
静态位置误差系数:
K p = lim G ( s ) = lim G ( jω ) = K
s→0
ω →0
2
低频频特性: L1 (ω ) = 20 log K = 20 log K P
“0”型系统特点:
幅频特性起始段(低频段)为水平线, 对应幅值为20lgKp
● 合理估计每个转折频率点的相位值。
14
绘制L(ω)曲线例题
要求：绘制给定系统开环对数幅频特性. 解：开环传递函数为:
G ( jω ) H ( jω ) = 40( j jω ( j
ω
2
+ 1)
ω
0.5
+ 1)( j
ω
30
+ 1)
分析： 此系统为1型、3阶系统 3个转折频率： ω i
= 0.5,2,30
17
L(ω)
L(ω)曲线
G ( jω ) H ( jω ) = 40( j jω ( j
ω
2
+ 1)
[-20] 40db [-40] 20db 0db 0.1 -20db --40db [-20] 10
ω
0.5
+ 1)( j
ω
30
+ 1)
ω 30 100
0.5
1
2
[-40]
低频段： ω = 0.1 时为52db, ω = 0.5 时为38db 转折频率：0.5 斜率： -40 2 30 -20 -40
开环传递函数(单位反馈系统)
K (Ta s + 1)(Tb s + 1)...(Tm s + 1) G( s) = ν s (T1 s + 1)(T2 s + 1)...(T p s + 1)
开环频率特性:
(ν = 0)
ω ω ω + 1)( j + 1)...( j + 1) K( j ωa ωb ωm G ( jω ) = ω ω ω ( j + 1)( j + 1)...( j + 1) ω1 ω2 ωp
静态速度误差系数:
K v = lim sG ( s ) = K
s→0
低频段：L1 (ω )＝20 log
K
ω
= −20 log
ω
K
(Kv=K)
4
(Kv=K)
5
“1” 型系统Bode图特点: （起始段特性由积分环节决定） (1) 起始段斜率: - 20dB/dec (2) 起始段（或延长线)在ω=1 位置的增益为 20logK .
15
G ( jω ) H ( jω ) =
40( j jω ( j
ω
2
+ 1)
ω
0.5
+ 1)( j
ω
30
+ 1)
低频段：
积分环节
L1 (ω ) = 20 lg
特征点：
40
ω
,
斜率 : −20dB / dec
40 L1 (ω = 1) = 20 lg = 32(dB ) 1