L1自动控制原理.ppt
恒值控制系统可看成输入等于常值的过程控制系统。
过程控制系统（或称程序控制系统）
特点：输入信号是一个已知的函数。系统的控制过程按预 定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，如化 工中的压力、温度、流量控制、数控机床等。
10
随动系统（或称跟踪系统）
特点：输入信号是一个未知变量。要求控制系统的输出 量能平稳地跟踪和复现输入信号变化。
式中：r(t)——系统输入量； c(t)——系统输出量 主要特点是具有叠加性和齐次性。
14
非线性系统
特点：在构成系统的环节中有一个或一个以上的非 线性环节。
非线性的理论研究远不如线性系统那么完整，目前 尚无通用的方法可以解决各类非线性系统。
近似处理。
15
自动控制系统的分类
其他分类方式
从数学角度上看，研究的是输入与输出之间的映射关 系。
7
自动控制系统的分类
按信号流向分类
开环控制系统 特点：系统的输出端与输入端不存在反馈回路，
输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。
图纸
程序 指令
微型计算机
放大器
执行机构 （步进电机）
工作机床
切削刀具
8
自动控制系统的分类
闭环控制系统（反馈控制系统）
现代控制理论
研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 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。计 算机科学地发展，极大地促进了控制科学地发展。
5
研究对象 描述方法 研究方法 研究目标
经典控制理论
现代控制理论
线性定常系统 （单输入、单输出）
传递函数 （输入、输出描述）
根轨迹法和频率法
线性、非线性、定常、 时变系统
（多输入、多输出） 向量空间
（状态空间描述）
状态空间法
系统分析及给定输入、 揭示系统的内在规律，实
输出情况下的系统综 现在一定意义下的最优控
合
制与设计
6
ห้องสมุดไป่ตู้
控制系统的基本组成
控制系统的组成：输入部分、控制系统部分和输出部 分。
输入
输出
控制系统
从物理角度上看，自动控制研究的是特定激励作用下 的系统响应变化情况；
如：火炮自动跟踪系统。 该系统要求有较好的跟踪能力。
11
自动控制系统的分类
按输入信号数字特征来分类
连续系统
特点：系统各部分信号都是模拟的连续函数。目前 工业中普遍采用的常规仪表PID调节器控制的系统。
离散系统
特点：系统的某一处或几处信号以脉冲序列或数码 形式传递的控制系统。系统中用脉冲开关或采样开 关，将连续信号转变为离散信号。其中离散信号以 脉冲形式传递的系统又叫脉冲控制系统，离散信号 以数码形式传递的系统又叫数字控制系统。
量，驱动执行机构完成控制功能 输出信号——系统的控制结果，反映了被控对象的运行状态
17
反馈控制系统的基本组成
一般组成：
被控对象—系统所控制和操纵的对象，输出被控量
控制器—接收变换和放大后的偏差信号，转化为被控制对象操作信号
放大变换环节—将偏差信号变换为适合控制器执行的信号
校正装置—为改善系统动态和静态特性而附加的装置
自动控制原理
Automatic Control
绪论
1
教材及参考书
教材
《自动控制原理》(第3版)，刘文定、谢克明编， 电子工业出版社
参考书
《Automatic Control Systems》 Benjamin C.Kuo， 高等教育出版社
《自动控制原理》，李素玲编，西安电子科技大学 出版社
12
输入 +
e(t)
e(t)
_ 采样开关
保持器
输出 被控过程
输入 +
输出
AD
计算机
DA
放大器 执行器 被控对象
_
反馈装置
13
自动控制系统的分类
按数学模型分类 线性系统
特点：系统由线性元件构成，描述运动规律的数学 模型为线性微分方程。运动方程一般形式：
andd ncnt( tan )-1dd n-1c n-1 t( t )a1ddct(a0tc)(t) b m d d m rm t( tb m )-1d d m -1 m r-t1( t )b 1d drt (b 0 tr)(t)
3
控制理论的发展
原始控制设备
没有理论指导
经典控制理论
单输入(SI)
现代控制理论
多输入输出（MIMO）
大系统理论/复杂系统理论 智能控制理论
4
控制理论的发展
经典控制理论
研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 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。
按系统数学模型参数特性分：定常系统和时变系统 按功能分：温度控制系统、速度控制系统、位置控制
系统等。 按元件组成分：机电系统、液压系统、生物系统等。
16
反馈控制系统的基本组成
一般的形式
输入信号 比较
输出信号
放大
执行
被控对象
测量
输入信号——系统控制目标的反映，是人的意志的具体体现 控制系统——主要完成对有关信号的变换、处理，发出控制
《自动控制理论》，夏德矜编， 机械工业出版社
2
概述
自动化（Automation 或 Automatization ） 自动控制
在脱离人的直接干预，利用控制装置（简称控制器） 使被控对象（或生产过程等）的某一物理量（如温 度、压力、PH值等）准确地按照预期的规律运行。
自动控制系统
实现上述控制目的，由相互制约的各部分按一定规 律组成的具有特定功能的整体。
反馈环节—测量变送环节
给定环节—产生输入控制信号的装置
18
控制系统性能的基本要求
稳定性（稳）
能工作（即达到稳态），并在有一定的环境和参数 变化时，还能有稳定“裕量”
稳态精度（准）
系统进入稳态时，稳态值与预期的差别越小越好
动态过程（好/快）
在输入信号到到达稳态的变化全过程，包括离预期 值的振荡和过渡时间。反例：高射炮射角随动系统， 虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速， 而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标
特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。 “闭环”这个术语的含义，就是将输出信号通过测 量元件反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减 小系统误差。
图纸
微型计算机
放大器
执行机构
工作机床
切削刀具
位移
反馈测量元件
9
自动控制系统的分类
按输入信号分类
恒值控制系统（或称自动调节系统）
特点：输入信号是一个恒定的数值。工业生产中的恒温、 恒压等自动控制系统都属于这一类型。
过程控制系统（或称程序控制系统）
特点：输入信号是一个已知的函数。系统的控制过程按预 定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，如化 工中的压力、温度、流量控制、数控机床等。
10
随动系统（或称跟踪系统）
特点：输入信号是一个未知变量。要求控制系统的输出 量能平稳地跟踪和复现输入信号变化。
式中：r(t)——系统输入量； c(t)——系统输出量 主要特点是具有叠加性和齐次性。
14
非线性系统
特点：在构成系统的环节中有一个或一个以上的非 线性环节。
非线性的理论研究远不如线性系统那么完整，目前 尚无通用的方法可以解决各类非线性系统。
近似处理。
15
自动控制系统的分类
其他分类方式
从数学角度上看，研究的是输入与输出之间的映射关 系。
7
自动控制系统的分类
按信号流向分类
开环控制系统 特点：系统的输出端与输入端不存在反馈回路，
输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。
图纸
程序 指令
微型计算机
放大器
执行机构 （步进电机）
工作机床
切削刀具
8
自动控制系统的分类
闭环控制系统（反馈控制系统）
现代控制理论
研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 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。计 算机科学地发展，极大地促进了控制科学地发展。
5
研究对象 描述方法 研究方法 研究目标
经典控制理论
现代控制理论
线性定常系统 （单输入、单输出）
传递函数 （输入、输出描述）
根轨迹法和频率法
线性、非线性、定常、 时变系统
（多输入、多输出） 向量空间
（状态空间描述）
状态空间法
系统分析及给定输入、 揭示系统的内在规律，实
输出情况下的系统综 现在一定意义下的最优控
合
制与设计
6
ห้องสมุดไป่ตู้
控制系统的基本组成
控制系统的组成：输入部分、控制系统部分和输出部 分。
输入
输出
控制系统
从物理角度上看，自动控制研究的是特定激励作用下 的系统响应变化情况；
如：火炮自动跟踪系统。 该系统要求有较好的跟踪能力。
11
自动控制系统的分类
按输入信号数字特征来分类
连续系统
特点：系统各部分信号都是模拟的连续函数。目前 工业中普遍采用的常规仪表PID调节器控制的系统。
离散系统
特点：系统的某一处或几处信号以脉冲序列或数码 形式传递的控制系统。系统中用脉冲开关或采样开 关，将连续信号转变为离散信号。其中离散信号以 脉冲形式传递的系统又叫脉冲控制系统，离散信号 以数码形式传递的系统又叫数字控制系统。
量，驱动执行机构完成控制功能 输出信号——系统的控制结果，反映了被控对象的运行状态
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反馈控制系统的基本组成
一般组成：
被控对象—系统所控制和操纵的对象，输出被控量
控制器—接收变换和放大后的偏差信号，转化为被控制对象操作信号
放大变换环节—将偏差信号变换为适合控制器执行的信号
校正装置—为改善系统动态和静态特性而附加的装置
自动控制原理
Automatic Control
绪论
1
教材及参考书
教材
《自动控制原理》(第3版)，刘文定、谢克明编， 电子工业出版社
参考书
《Automatic Control Systems》 Benjamin C.Kuo， 高等教育出版社
《自动控制原理》，李素玲编，西安电子科技大学 出版社
12
输入 +
e(t)
e(t)
_ 采样开关
保持器
输出 被控过程
输入 +
输出
AD
计算机
DA
放大器 执行器 被控对象
_
反馈装置
13
自动控制系统的分类
按数学模型分类 线性系统
特点：系统由线性元件构成，描述运动规律的数学 模型为线性微分方程。运动方程一般形式：
andd ncnt( tan )-1dd n-1c n-1 t( t )a1ddct(a0tc)(t) b m d d m rm t( tb m )-1d d m -1 m r-t1( t )b 1d drt (b 0 tr)(t)
3
控制理论的发展
原始控制设备
没有理论指导
经典控制理论
单输入(SI)
现代控制理论
多输入输出（MIMO）
大系统理论/复杂系统理论 智能控制理论
4
控制理论的发展
经典控制理论
研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 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。
按系统数学模型参数特性分：定常系统和时变系统 按功能分：温度控制系统、速度控制系统、位置控制
系统等。 按元件组成分：机电系统、液压系统、生物系统等。
16
反馈控制系统的基本组成
一般的形式
输入信号 比较
输出信号
放大
执行
被控对象
测量
输入信号——系统控制目标的反映，是人的意志的具体体现 控制系统——主要完成对有关信号的变换、处理，发出控制
《自动控制理论》，夏德矜编， 机械工业出版社
2
概述
自动化（Automation 或 Automatization ） 自动控制
在脱离人的直接干预，利用控制装置（简称控制器） 使被控对象（或生产过程等）的某一物理量（如温 度、压力、PH值等）准确地按照预期的规律运行。
自动控制系统
实现上述控制目的，由相互制约的各部分按一定规 律组成的具有特定功能的整体。
反馈环节—测量变送环节
给定环节—产生输入控制信号的装置
18
控制系统性能的基本要求
稳定性（稳）
能工作（即达到稳态），并在有一定的环境和参数 变化时，还能有稳定“裕量”
稳态精度（准）
系统进入稳态时，稳态值与预期的差别越小越好
动态过程（好/快）
在输入信号到到达稳态的变化全过程，包括离预期 值的振荡和过渡时间。反例：高射炮射角随动系统， 虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速， 而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标
特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。 “闭环”这个术语的含义，就是将输出信号通过测 量元件反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减 小系统误差。
图纸
微型计算机
放大器
执行机构
工作机床
切削刀具
位移
反馈测量元件
9
自动控制系统的分类
按输入信号分类
恒值控制系统（或称自动调节系统）
特点：输入信号是一个恒定的数值。工业生产中的恒温、 恒压等自动控制系统都属于这一类型。
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自动控制原理课件大全ppt课件
复 杂
自动控制系统对函数概念的理解：
程 度
加
自控原理的思维控制 方量式x：数控学制的系方统法，工被控程制的量意y识，深控制的语言
XI’AN UNIVERSITY OF POSTS & TELECOMUNICATION
西安邮电学院自动化学院 3
第一节 数学模型
数学模型的定义 能够描述控制系统输出量和输入量数量关系之间 关系的数学表达式
(t )
原因：后级电路的电流i2影响前级电路的输出电压uc1(t)。
XI’AN UNIVERSITY OF POSTS & TELECOMUNICATION
西安邮电学院自动化学院 15
第二节 时域数学模型-微分方程
负载效应
R1C1R2C2
d
2uo (t) dt 2
(R1C1
R2C2 )
duo (t) dt
（频域）
XI’AN UNIVERSITY OF POSTS & TELECOMUNICATION
西安邮电学院自动化学院 6
第一节 数学模型
数学模型建立（建模）的方法
解析法： 即依据系统及元部件各变量之间所遵循的 物理、化学定律列写出变量间的数学表达式，并经实 验验证，从而建立系统的数学模型
R1C1R2C2
d
2uo (t) dt 2
(R1C1
R2C2
R1C2
)
duo (t) dt
uo
(t )
ui
(t )
机械力学系统的数学模型： 相似系统
m
d
2 y(t dt 2
)
f
自动控制原理教学ppt
前馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
自动控制原理最全PPT
2021年6月10日
第一章 自动控制系统的基本概念
第一章 自动控制系统的基本概念
学习重点
❖ 了解自动控制系统的基本结构和特点及 其工作原理；
❖ 了解闭环控制系统的组成和基本环节；
❖ 掌握反馈控制系统的基本要求及反馈控 制系统的作用；
❖ 学会分析自动控制系统的类型及本质特 征。
2021年6月10日
第一章 自动控制系统的基本概念
主要解决问题：单输入单输出（SISO）系统的控制问题。
主要方法：
以传函为数学模型，以拉氏变换数学工具， 时域分析法、根轨迹法、频率法。
主要研究对象：SISO，线性定常（LTI），非线性系统，离散
系统。
Linear Time
主要代表人物：伯德，奈奎斯特，伊文思。 Invariable
2021年6月10日
电机与拖动
线性代数
大学物理
自动控制原理
微积分
2021年6月10日
各类 专业课
线性系统
现代控 制理论
第一章 自动控制系统的基本概念
自动控制原理
基于数学模型
自动控制理论的发展历程
控制理论是研究有关自动控制共同规律的一门科学。 第一阶段：古典控制理论（20世纪40～60年代）
Classical Control Theory 第二阶段：现代控制理论（20世纪60～70年代）
第1章 自动控制系统的基本概念(4) 第2章 拉普拉斯变换及其应用（4） 第3章 自动控制系统的数学模型(10) 第4章 自动控制系统的时域分析(14) 第5章 自动控制系统的频域分析（14） 第6章 控制系统的校正及综合(10)
2021年6月10日
第一章 自动控制系统的基本概念
自动控制原理：第1章 自动控制的基本概念 (2)
m
Md ML
J s2 Bs
c
1
i
m
将每个子方程的结构图按照相互关系，正确地连接起来， 得到下图
自动控制原理
27
2.4.3 结构图的等效变换
(1)结构图的基本组成形式 1）串联连接
C(s) G2 (s)U (s) G2 (s)G1(s)R(s)
C(s) R(s)
G1(s)G2 (s)
2）并联连接
在控制系统稳定的前提下，总是希望响应越快越好，而 且超调量越小越好。
自动控制原理
4
1.4 对控制系统的性能要求
1.4.3 稳态误差
控制系统在稳定的情况下，希望的输出与实际的输出之 差称为误差，误差的稳态分量称为稳态误差（或称为静态误 差），一般用ess表示。
自动控制系统的性能指标分别描述了系统在稳定性、动态 性能、稳态性能三个方面的要求，根据这些性能指标，就可以 判别系统性能的优劣。
i
(2-6)
式（2-5）或（2-6）就是描述简单水槽对象特性的数 学模型。它是一个一阶常系数微分方程式。
T为时间常数。 K 为放大系数。
自动控制原理
16
2.3 传递函数
2.3.1 传递函数的概念
RC电路如下：根据克希霍夫定律， 可列写微分方程
Ri(t) uc (t) ur (t)
uc
(t)
1 C
1
uc (t) C idt
（2）消去中间变量i后，得输入输出微分方程式
LC
d
2uc (t) dt 2
RC
duc (t) dt
uc
(t)
ur
(t)
或
T1T2
d
2uc (t) dt 2
《自动控制原理》课件
集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域
自动控制原理(全套课件659P)
手动控制
人在控制过程中起三个作用： （1）观测：用眼睛去观测温度计和转速表的指示值；
（2）比较与决策：人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较，并进行
判断节，如调节阀门开度、改变触点位置。
ppt课件 4
1.1 自动控制的基本概念
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。 如数控车床按预定程序自动切削，人造卫星准确进入预定轨道并回收
ppt课件 6
控制系统分析：已知系统的结构参数，分析系统的稳定性，求取系
统的动态、静态性能指标，并据此评价系统的过程称为控制系统分 析。
控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给定系统的性能指标，
合理的确定控制装置的结构参数，称为控制系统设计。 被控量 ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理 量。被控量又称输出量、输出信号 。 给定值：系统输出量应达到的数值（例如与要求的炉温对应的电 压）。 扰动：是一种对自动控制系统输出量起反作用的信号，如电源电压
闭环控制是指系统的被控制量（输出量）
与控制作用之间存在着负反馈的控制 方式。采用闭环控制的系统称为闭环
控制系统或反馈控制系统。闭环控制
是一切生物控制自身运动的基本规律。 人本身就是一个具有高度复杂控制能
力的闭环系统。
优点：具有自动补偿由于系统内部和外 部干扰所引起的系统误差（偏差）的
能力，因而有效地提高了系统的精度。
脑
手
输出量 （手的位置）
ppt课件
16
闭环控制系统方框图
ppt课件
17
反馈控制系统的组成、名词术语和定义
反馈控制系统方框图
ppt课件
18
1.2 自动控制理论的发展
自动控制原理课件
例 设Ⅰ型系统的开环传递函数为
K G (s) = s (1 + Ts )
试绘制系统的Bode图。 图 试绘制系统的 解 系统开环对数幅频特性和相频特性分别为
L(ω ) = L1 (ω ) + L2 (ω ) + L3 (ω ) = 20 lg K − 20 lg ω − 20 lg 1 + T 2ω 2
开环相频特性: 开环相频特性:
ϕ(ω) = ∠G( jω) = ∑ϕi (ω)
i =1
n
(5-20) 20)
结论： 由此看出， 结论： 由此看出，系统的开环对数幅频特性 L(ω)等于各个串联环节对数幅频特性之和；系 等于各个串联环节对数幅频特性之和； 统的开环相频特性 ϕ(ω) 等于各个环节相频特性 之和。 之和。
4
惯性环节
1 G4 ( jω) = j0.2ω +1
L4 (ω) = −20 lg 1 + (0.2ω)2
ϕ4 (ω) = −arctg0.2ω
1 ω4 = = 5rad ⋅ s −1 对数幅频特性渐 转折频率 ， 0.2 近线类似于 L3 (ω)，相频特性类似于ϕ3 (ω)。
比例微分环节
G5 ( jω) = 1 + j0.05ω
5.3
系统的开环频率特性
控制系统开环频率特性的典型环节分解 开环对数频率特性曲线的绘制（ 开环对数频率特性曲线的绘制（Bode图） 图 开环幅相特性曲线的绘制（ 开环幅相特性曲线的绘制（Nyquist图） 图 最小相位系统（ 最小相位系统（minimum phase system） ）
5.3.1 系统的开环对数频率特性 一、控制系统开环传递函数的典型环节分解
的零型系统的Bode图。 图 的零型系统的 解 系统开环对数幅频特性和相频特性分别
《自动控制原理》PPT课件
pi）
0
即K*=0时：闭环极点 si＝开环极点pi
当K*→∞时，闭环特征方程 ：
m
(s
i 1
zi )
1 K*
n
(s
i 1
pi）
0
K*→∞
m
(s
i 1
zi
)
0
即K*→∞时，闭环极点 si＝开环零点zi
当m 时n， 有n-m 条的终点在无穷远点
n
n
K*
s
i 1 m
pi
i 1
s
zi
K*
lim
s
s
i 1
m
s
i 1
pi zi
lim snm s
12
说明：
1）有限开环零、极点：zi，pi 无限开环零、极点：∞
根轨迹起于开环极点，终于开环零点
2）在绘制其他参数根轨迹时，可能会出现 m＞n 的情况，
H(s)
其中：Mi (s) (s zi1 )( s zi2 ); Ni (s) (s pi1 )( s pi2 ) i 1,2
开环零点：M1(s)M2(s) 0 开环极点：N1(s)N2(s) 0
闭环传递函数：s
K1 M1 ( s) N 2 s
K*M1(s)M2(s) N1(s)N2(s)
1 绘制依据 ——根轨迹方程
R(s) _
C(s) G(s)
闭环的特征方程：1 G(s)H(s) 0
H(s)
即：G(s)H(s) 1 ——根轨迹方程（向量方程）
用幅值、幅角的形式表示：
G(s)H(s) 1
自动控制原理基础教程课件
系数的微分方程（或差分方程）来描述。 叠加性质 齐次性(比例)
G 1 ( s)
G 2 ( s)
(2)叠加原理与线性控制系统
如果一个系统具有下列性质： (1)输入x1(t)产生输出 y1(t)； (2)输入x2(t)产生输出 y2(t)； (3)输入c1x1(t)+c2x2(t)产生输出c1y1(t)+c2y2(t) ； 其中，x1(t) , x2(t)是任意输入信号，c1, c2是任意常数， 则系统是线性系统。
6.连续(时间)系统与离散(时间)系统
连续系统 系统中各部分的信号均是时间变量的连续函数。 常微分方程形式 离散系统 系统中的信号为脉冲序列或数字形式，信号在 时间上是离散的。 差分方程形式Leabharlann 42016/9/12
§1.3 自动控制系统的基本要求
基本要求：
“稳”定性 : 基本要求, 稳定裕度(h,γ)要合理; “快”速性 : 动态要求, 超调量σ要小,调节时 间ts要短; “准”确性 : 稳态要求, 稳态误差ess要小.
2016/9/12
《自动控制原理》
华东理工大学 朱宏擎
hqzhu@
自动控制原理
课时：40学时(1-11周) 课程性质：必修课 考核方式：闭卷 考核方法： 作业 10% + 期末考试 90% 参考书：胡寿松，自动控制原理,第五版
一、课程的主要内容 控制系统的建模、时域分析、根轨迹、频率特性分析、 频率法校正系统、离散系统、非线性系统等。 二、课程的内容重点 数学模型、时域特性分析、根轨迹、频率特性分析、 频率法校正系统等。 三、相关课程 先导课程：高等数学及工程数学、电路理论、信号与系统等。 后续课程：现代控制理论、自动控制系统、智能控制理论。 四、学习要求 坚持及时预习、复习。
自动控制原理上课ppt
G(s)
s2
ns
2
n
2ns n2
零点:s n ,当,有限零点变为无限零点标准二阶系统
有零点的二阶系统的阶跃响应
y(t) 1
2
2 2
1
e
nt
sin(
d
t
)
tg
1
2
1
1 2
越小,超调量越大
200
p
当零点远离虚轴时,其影响可
=0.707
忽略不计.
0
8
第五节 零极点分布对系统 动态响应的影响
ISE 指标最常用,重大误差,轻小误差,选择性差. IAE 指标对大小误差加权平均,选择性改善. IAET 指标着重于后期小误差,选择性最好.
IAE IAET
ISE
0.75
第三节 一阶系统的时域分析
3.3.1 一阶系统数学模型 3.3.2 单位阶跃响应 3.3.3 单位斜坡响应 3.3.4 单位脉冲响应
p2e p1t p1e p2t
5）-10 负阻尼情况-----发散振荡
Y(s)
s
s2
2 n
2ns
n2
1 s
s2
s 2n 2ns
n2
1
s n
n
s s n 2 n 1 2 s n 2 n 1 2
d n 1 2 ----阻尼自然振荡频率
Y (s)
1 s
s n
s n 2 d
n2
1 s
s2
s 2n 2ns n2
1
s n
n
s s n 2 n 1 2 s n 2 n 1 2
1 s
s n
s n 2 d
n
s n 2