相平面作图
相平面法
1 的情况相同，只是 运动方向相反。
<3>正反馈二阶系统：
n2 x 0 x 2 n x
s 1 .2 n n 2 1
则 s 1 0 , 而 s 2 0。
相轨迹存在的两条特殊的等 倾线也是相轨迹，其斜率分
k 1 s 1 , k 2 s 2，同时它 别为：
初条下的运动对应多条相轨迹，形成相轨迹簇。而
由一簇相轨迹所组成的图形——相平面图。 二、相轨迹的绘制： （1）解析法、（2）作图法、（3）实验法 （一）解析法：求出相轨迹的解，再画出相轨迹。
相轨迹的绘制（续）
适用场合：（1）运动方程比较简单 （2）可以分段线性化 例1、如图所示，弹簧—质量运动系统， m 为物体质 量，k 为弹性系数。 若初条为
2 n x dx dx x
dx n2 x d x 则 有x
2 x 2 x 2 A2 n
其中A是初条决定的积分常数，此为同心椭圆。
2、 0 1:
由第三章知： x ( t ) A e n t s in( d t ), d n 1
由x— 2、相轨迹
组成的直角坐标平面——相平面。 x
0 )起 ， 相变量从初始时刻 t0 对应的状态点 ( x 0， x
随着时间的推移，在相平面上运动形成 的曲线
基本概念（续）
——相轨迹。
3、相平面图： 根据微分方程解的存在和唯一性定理，对于任一给 定的初条，相平面上有一条相轨迹与之对应，多个
由初始条件求得。
相轨迹的绘制（续）
可见：直线c=r[在此r=1]
将相平面分成两个
区域I和II。 1）若初始条件处于A点(II内):
2018华中科技大学829《自动控制原理》考试大纲
2018华中科技大学硕士研究生入学考试《自动控制原理》考试大纲科目名称：自动控制原理(含经典控制理论、现代控制理论)代码：829第一部分考试说明一．考试性质《自动控制原理》是为我校招收控制科学与工程专业硕士研究生设置的考试科目。
它的评价标准是高等学校优秀毕业生能达到良好及以上水平，以保证被录取者具有较扎实的专业基础。
二．考试形式与试卷结构（一）答卷方式：闭卷，笔试；（二）答题时间：180分钟。
（三）题型：计算题、简答题、选择题第二部分考查要点（一）自动控制的一般概念1．自动控制和自动控制系统的基本概念，负反馈控制的原理；2．控制系统的组成与分类；3．根据实际系统的工作原理画控制系统的方块图。
（二）控制系统的数学模型1．控制系统微分方程的建立，拉氏变换求解微分方程。
2．传递函数的概念、定义和性质。
3．控制系统的结构图，结构图的等效变换。
4．控制系统的信号流图，结构图与信号流图间的关系，由梅逊公式求系统的传递函数。
（三）线性系统的时域分析1．稳定性的概念，系统稳定的充要条件，Routh稳定判据。
2．稳态性能分析（1）稳态误差的概念，根据定义求取误差传递函数，由终值定理计算稳态误差；（2）静态误差系数和动态误差系数，系统型别与静态误差系数，影响稳态误差的因素。
3．动态性能分析（1）一阶系统特征参数与动态性能指标间的关系；（2）典型二阶系统的特征参数与性能指标的关系；（3）附加闭环零极点对系统动态性能的影响；（4）主导极点的概念，用此概念分析高阶系统。
（四）线性系统的根轨迹法1．根轨迹的概念，根轨迹方程，幅值条件和相角条件。
2．绘制根轨迹的基本规则。
3．0o根轨迹。
非最小相位系统的根轨迹及正反馈系统的根轨迹的画法。
4． 等效开环传递函数的概念，参数根轨迹。
5． 用根轨迹分析系统的性能。
（五）线性系统的频域分析1． 频率特性的定义，幅频特性与相频特性。
2． 用频率特性的概念分析系统的稳态响应。
3． 频率特性的几何表示方法。
第8章 非线性系统分析
不稳定节点
x 2 n x n x 0
2
1 0
相轨迹振荡远离原点，为不 稳定焦点。
dx/dt x
不稳定焦点
x 2 n x n x 0
2
0
相轨迹为同心圆，该奇点为中心 点。
dx/dt x
中心点
x 2 n x n x 0
R(s) 例8-7 继电控制系统， + 阶跃信号作用下，试用 相平面法分析系统运动。
e
+M -M
m
C(s) K s(Ts 1)
解 （1）作相平面图 线性部分 T c c Km 误差方程 e(t ) r (t ) c(t ) ———— 阶跃信号 r (t ) 1(t ), r (t ) 0, r(t ) 0 误差方程 T e e Km
x x sin x 0
奇点为
f ( x, x) x sin x 0
x0 无穷多个。 x k
4、奇点邻域的运动性质
由于在奇点上，相轨迹的斜率不定， 所以可以引出无穷条相轨迹。
dx 0 dx 0
相轨迹在奇点邻域的运动可以分为
1.趋向于奇点 2.远离奇点 3.包围奇点
（4）滞环特性
滞环特性为正向行程与反向行程不重叠，输入输出曲 线出现闭合环路。又称换向不灵敏特性。通常是叠加 在其它传输关系上的附加特性。
f(e) k +M -e +e0 e -e0 0 +e -M f(e) +M -e 0 -M +e e 0 f(e) e
饱和滞环
继电滞环
《自动控制原理》 相平面法
(8-24) (8-25) (8-26) (8-27)
c(t) = − b c(t) = kc(t)
+a
(8-28)
其中k为等倾线的斜率。当 a2 − 4b 0时，且 b 0 时，可得满
足k＝a的两条特殊的等倾线，其斜率为: ???
k1,2 = 1,2 = s1,2 = − a
a2 2
− 4b
(2)线性二阶系统的相轨迹
c + ac + bc = 0
当b>0时，上述(运动)微分方程又可以表示为
c + 2wnc + wn2c = 0
线性二阶系统的特征根
s1,2 = − a
a2 − 4b 2
相轨迹微分方程为 (相轨迹切线斜率ZX)
dc dc
=
−
ac − c
bc
令
−
ac − bc c
=
，可得等倾线方程为：
初始条件下的运动对应多条相轨迹，形成相轨迹簇，而由一簇相轨
迹所组成的图形称为相平面图。
若已知x和 x 的时间响应曲线如图8-10(b),(c)所示，则可根据 任一时间点的x(t)和 x(t)的值，得到相轨迹上对应的点，并由此获
得一条相轨迹，如图8—10(a)所示。
相轨迹在某些特定情况下，也可以通过积分法，直接由微分方
U+jV 表示根为复数
2
2.00
2
7.46
s2 // jV -2.41 -2.00 0.00 -2.24 -7.46 -3.00 -2.00 -2.24 2.00 0.54
1)b<0。系统特征根
− a + a2 + 4b
s1 =
2
第2章相平面分析201-资料
(x,x)
x
(x,x)
0
x
相轨迹对称于原点
f( x ,x ) f( x , x )
2.相平面上的奇点
由相轨迹的斜率方程 d xd x 可f( 知x ,,相x )平x 面上的点
只要不(同x,时x)满足
,则x 该 点0 ,相f轨(x 迹,x 的) 斜0 率是唯一确定
的。
这样的点称为普通点。通过普通点的相轨迹只有一条。
用xf来(x表)示。
x(t)
x
t
x
方程的解
1.相轨迹：如果我们取 x 和 作x为平面的直角坐标，则
系统在每一时刻的 (x,均x)相应于平面上的一点。当 t 变化时， 这一点在 平面x上将x 绘出一条相应的轨迹-----相轨迹。
它描述系统的运动过程。
2.相平面: x x平面称为相平面。对于一个系统，初始条件
f(x,x) xf(x,x)
x 给 定 一 个 α值 ,可 由 上 式 求 得 一 条 等 倾 线 ; 给 定 一 组 α值 ,则 可 求 得 一 组 等 倾 线 族 ,它 们 确 定 了 相 平 面 中 相 轨 迹 斜 率 的 分 布 .
设系统方程为: x 2x 2x 0
上式改写为:
x dx 2x 2x 0
一、相轨迹的共同特性
1.相轨迹的对称性
相轨迹的对称性可以从对称点上相轨迹的斜率来判断。 设二阶系统的方程为：
改写为：
xfx,x0
x = d x = d x d x = x d x , x d x fx ,x
d t d xd t d x d x
两边除以 dx 可x得： dt
dx f x,x----相轨迹的
dx
x 斜率方程
初中物理 平面镜成像作图方法 人教版优秀课件
②线段成像作
图
┎
┎
A' B'
一.确定线段的端点
二.过两端点分别作镜 面的垂线，标上直角符 号 三.分别截取像距等于 物距，标上相等符号
四.画虚像——用虚线 连接两像点，并标上指 示物体方向的箭头
③三角形成像作图
一.确定三角形的顶
┎
C
点 C ' 二.过顶点分别作镜面
┎
A
┎
的垂线，标上直角符号 A ' 三.分别截取像距等于
S
S
┓ ┓
S'
AB、CD是同一光源发出的两条入射光线的 反射光线。确定光源的位置，并完成光路图
┓ ┓
┓
S
B
D
AC
S
B
D
AC
S'Leabharlann 光源S发出的一束光线经平面镜 反射后，反射光线正好经过A点，画 出这条入射光线和反射光线
反射光线的反向延长线必过光源所成的像
S A
S'
┓
有人说，想要看一个人是否优秀，那就看他闲下来做什么。 这世上有人忙里偷闲，利用坐车和排队的间隙，读书，思考，写作，也有人终日无所事事，虚度光阴。
闲，并不是一个人的福气。相反，废掉一个人最快的方式就是让他闲下来。 正如罗曼·罗兰所说：“生活中最沉重的负担不是工作，而是无聊。” 01 闲着闲着，一个人就废了。
蔡康永曾说过：“当你没有上进心的时候，你是在杀人，你不小心，杀了你自己。” 朋友大学毕业后，凭着高学历进了一家大公司，以为从此一生安稳，本职工作完成后便悠闲地追剧。 身边有同事下班后忙着考证、进修时，她嗤之以鼻，认为别人学历不如自己，再怎么努力也无济于事。
B
B'
工程制图-第三章-直线、平面的相对位置
直线、平面的相对位置本章讨论直线与平面、平面与平面的相对位置关系及其投影，包括以下内容：1)平行关系：直线与平面平行，两平面平行。
2)相交关系：直线与平面相交，两平面相交。
§1 平行关系1.1 直线与平面平行定理:若一直线平行于平面上的某一直线，则该直线与此平面必相互平行。
以，直线EF平行于ABC平面。
[例1]过已知点k ，作一条水平线平行于△ABC 平面。
步骤：1）在ABC 平面内作一水平线AD ； 2）过点K 作 KL ∥AD ； 3）直线KL即为所求。
d′d l′lk′k a′a b′e′bc X[例2]试判断:已知直线AB是否平行于四棱锥的侧表面SCF。
作图步骤：1）作c'm'∥a'b'；2）根据CM在平面SCF内，作出cm；3）由于cm不平行于ab，即在该平面内作不出与AB平行的直线，所以，直线AB不平行于四棱锥侧表面SCF。
1.2 平面与平面平行两平面相平行的条件是：如果一平面上的两条相交直线分别平行于另一平面上的两条相交直线，则此两平面平行。
所以：平面ABC 和平面DEF 相平行。
［例3］过点K作一平面，是其与平面ABC平行。
解：只要过K点作两条相交直线分别平行于△ABC的两条边，则这两条相交直线所确定的平面就是所求平面。
作图步骤：2）作KD∥AC(k'd'∥a'c',kd∥ac);a'cac'bb'k'kl'ld'dX1）作KL∥BC(k'l'∥b'c', kl∥bc); 3）平面KDL即为所求。
2.1 直线与平面相交2.1.1 利用积聚性求交点当平面或直线的投影有积聚性时，交点的两个投影中有一个可直接确定，另一个投影可用在直线上或平面上取点的方法求出。
⑴平面为特殊位置[例]求直线MN与平面ABC的交点K并判别可见性。
空间及投影分析平面ABC 是一正垂面，其V 投影积聚成一条直线，该直线与m'n'的交点即为K点的V 投影。
第二节 平面图形的基本作图方法
第二节平面图形的基本作图方法(建议4课时)考纲要求掌握平面图形的基本作图方法。
知识网络知识要点一、基本几何作图方法(一)等分线段的方法1．平行线法：过所要等分线段的某一端点作一辅助线，两线成任意锐角，在辅助线上截取几等份，连接辅助线端点及所等分线段的端点，在辅助线的各等分点上依次作端点连线的平行线，即将线段分成若干等份。
2．分规试分法：用分规以某一长度试分线段，不断调整分规两脚距离，直至等分完成。
(二)圆的等分1．尺规作图法：运用直尺、圆规，运用几何规律来等分。
要求能对圆周进行三、四、五、六等分的作图。
2．查表计算法：按公式a＝k·D(D为圆直径，k为等分系数)计算出正多边形每边长度，然后依次在圆周上截取，即得。
这种方法适合于任意等分圆周。
(三)椭圆的画法1．同心圆法(理论画法)：先求出曲线上一定数量的点，再用光滑的曲线将各点连接起来。
2．四心法(近似画法)：求出画椭圆的四个圆心和半径，用四段圆弧近似地代替椭圆。
(四)斜度与锥度画法1．斜度：一直线(或平面)对另一直线(或平面)的倾斜程度。
表示符号：∠或>，符号的方向应与斜度的方向一致。
2．锥度：指正圆锥体底圆直径与锥高之比。
表示符号⊲或⊳，符号所示方向应与圆锥方向一致。
3．斜度与锥度的比值均要写成1∶n的形式，如∠1∶n或⊲1∶n。
4．标注锥度时，锥度符号配置在基准线上，表示圆锥的图形符号和锥度应靠近轮廓标注，基准线应通过指引线与圆锥的轮廓素线相连。
基准线应与圆锥的轴线平行，图形符号的方向与圆锥方向一致。
当所标注的锥度是标准圆锥系列之一时，可用标准系列号和相应的标记表示。
(五)圆弧连接1．圆弧连接的实质，就是要使连接圆弧与相邻线段相切，以达到圆弧连接处光滑过渡的要求，切点即为连接点。
2．圆弧连接的基本作图步骤：(1)求作连接圆弧圆心；(2)找切点；(3)画连接圆弧。
作图时第(2)步找切点不要忽视，因为切点是连接圆弧的起点和终点，必须要找出。
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%返回输入输出向量
[y,t,x]=step(sys) %返回
给定系统模型 sys，求系统的单位脉冲响应。
plot(t,x)
给定函数向量 x ，自变量向量 t，直角坐标绘图。
subplot(n,m,N)
子图设置命令。在第 n 行第 m 列位置上绘制第 N 个图。
3.实验方法
实验方法可以采用立即命令仿真方式（m 函数），或者结构图仿
%绘制
x
−
•
x
相平面子图
3
subplot(2,2,4);plot(-x(:,2)+0.1,-x(:,1));grid;
%
绘
制
e
−
•
e
相
平
面
子
图
4
系统状态
x
的时间响应
x
(
t
)
，状态
•
x
的时间响应
•
x
(
t
)
，位移变量
x
−
•
x
的相平面图，误差变量
e
−
•
e
的相平面图分别如图
29
所示。
再如，由 SIMULINK 作二阶继电型控制系统的结构图如图 30 所
+
Step
S1
+
10
-
s+2
S2
Sign
TF1
K
G1
-1
G2
1 s TF2
XY Graph
图 33 非线性系统仿真结构图 试作出图 34 所示各非线性环节的相平面图。
符号
继电+滞环
饱和
摩擦
齿轮间隙
图 34 常用非线性环节
四.实验报告要求
1.记录给定系统与显示的相平面图；
2.分析平衡点的不同性质对系统动态响应的影响。
实验 14 相平面作图
一.实验目的
1.利用计算机完成控制系统的相平面作图；
2.了解二阶系统相平面图的一般规律；
3.利用相平面图进行系统分析。
二.实验步骤
1.在 Windows 界面上用鼠标双击 matlab 图标，即可打开 MATLAB
命令平台。
2.相关 MATLAB 命令
[y,t]=step(sys)
[y,t,x]=step(sys);
%计算阶跃响应，返回状态变
量
x
及
•
x
subplot(2,2,1);plot(t,x(:,2));grid;
%绘制 x(t) 子图 1
subplot(2,2,2);plot(t,x(:,1));grid;
%绘制
•
x(t)
子图
2
subplot(2,2,3);plot(x(:,2),x(:,1));grid;
3.分析本质非线性控制系统与线性控制系统的运动特性有什么不 同。
示。
+
10
Step
S1
s+2
Sign
TF1
-1
G2
1 s TF2
XY Graph
图 30 继电型控制系统结构图
设置仿真参数如下表所示。
阶跃信号
开始时间 /s 0秒
阶跃幅值 1
继电特性
开 通 关 断 时 间 ห้องสมุดไป่ตู้s 正反向幅值
0秒
±1
XY 绘图仪坐标范围 X
轴 Y轴
[-5,5]
[-5,5]
可以由
XY
绘图仪得到
真方式均可。
例如，二阶系统
G(s)
=
s2
+
10 2s
+ 10
输入信号为 r(t) = 1(t) ，作该系统的相平面图。
0.1
0
0
0
2
4
6
0
2
4
6
0 0
0
0.1
0
0.1
图 29 时间响应曲线与相平面图
作图程序为
num=[10]; den=[1 2 10];
%系统多项式模型
[a,b,c,d]=tf2ss(num,den);sys=ss(a,b,c,d); %系统状态空间模型
e
−
•
e
相平面图如图
31
所示。
0.4
0.2
0
0.2
图 31 相平面图图
图 32 系统结构图
三.实验内容 1.系统开环传递函数为
G(s) = K s(Ts +1)
其闭环系统的结构图如图 32 所示。 分别设计系统的参数，满足下述系统的平衡点的性质： （1）稳定节点 （2）稳定焦点 （3）不稳定节点 （4）不稳定焦点 （5）中心点 （6）鞍点 2.带非线性环节的控制系统如图 33 所示。