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余成波自动控制原理pdf
余成波自动控制原理pdf引言概述：余成波自动控制原理pdf是一本关于自动控制原理的电子书籍，作者余成波是自动控制领域的专家，他的这本书详细介绍了自动控制原理的基本概念、理论和应用。
本文将从五个大点来阐述这本书的内容，包括基本概念、控制系统、传递函数、稳定性分析和控制器设计。
正文内容：1. 基本概念1.1 控制系统的定义：控制系统是指通过对被控对象进行监测和调节，使其输出达到预期目标的一种系统。
1.2 自动控制的分类：自动控制可分为开环控制和闭环控制两种，其中闭环控制是指系统通过对输出信号进行反馈调节，实现对被控对象的精确控制。
1.3 控制系统的基本组成：控制系统由被控对象、传感器、执行器和控制器组成，其中传感器用于监测被控对象的状态，执行器用于对被控对象进行调节，控制器用于根据监测信号和设定值进行控制计算。
2. 控制系统2.1 开环控制系统：开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象的状态影响，只根据设定值进行控制。
开环控制系统简单、稳定性好，但对被控对象的变化无法进行实时调节。
2.2 闭环控制系统：闭环控制系统通过对被控对象的输出进行监测，并通过反馈调节控制器的输出，实现对被控对象的精确控制。
闭环控制系统可以根据被控对象的状态变化进行实时调节，但稳定性和抗干扰能力较开环控制系统较差。
2.3 控制系统的性能指标：控制系统的性能指标包括稳定性、精度、快速性和鲁棒性等。
稳定性是指系统在稳定状态下的性能，精度是指系统输出与设定值的偏差，快速性是指系统达到稳定状态所需的时间，鲁棒性是指系统对参数变化和干扰的抵抗能力。
3. 传递函数3.1 传递函数的定义：传递函数是指控制系统输入与输出之间的数学关系，它可以描述系统的动态特性和频率响应。
3.2 传递函数的求解：传递函数可以通过系统的微分方程或拉普拉斯变换进行求解。
微分方程法适用于线性时不变系统，拉普拉斯变换法适用于线性时变系统。
3.3 传递函数的应用：传递函数可以用于分析系统的稳定性、频率响应和时域响应等。
自动控制原理(11J-19)PDF
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
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 =
自动控制原理第2版王划一课后习题答案
= 0.158 n = 3.16 % = 60.5%
加入比例微分和速度反馈后，阻尼比增大，使系统超调量减小，响应速度加
3-8 图 1 和图 2 系统均是稳定的。 3-9 （1）系统稳定。
（2）系统不稳定，s 右半平面有 2 个极点。 （3）系统不稳定，s 平面虚轴上有 2 对共轭极点。
3-10 （1）系统稳定。
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1
2
t
1
3
sin t
（3） ae nt cos n t
自动控制原理
ω = +∞ (1, j 0) ω = ∞
奈氏曲线顺时针包围 (-1,j0)点2圈，即 N=－2 所以有： Z=P－N=2
仿真
即闭环系统在s右半平面有2个极点，所以系统不稳定。
5.4.3 虚轴上有开环极点时的奈氏判据
如下列图所示的奈氏曲线中，判别哪些是稳定的，哪些 是不稳定的。
Im
Im
Im
1
ω = +∞ 0
1.6 ∞
奈氏曲线顺时针包围 (-1,j0)点2圈，即 N=－2 所以有：
(1, j 0)
ω = 0+
仿真
Z=P－N=2
即闭环系统在s右半平面有2个极点，所以系统不稳定。
5.4.3 虚轴上有开环极点时的奈氏判据
对于如下形式的开环传递函数 K G(s)H(s) = s(Ts +1)(T2s +1) 1 其奈氏图与实轴交点为 此时的 ω =
5.4.3 虚轴上有开环极点时的奈氏判据
虚轴上有开环极点时的奈氏判据
jω
由于不能通过F(s)的任何零、极点，所 以当F(s)有若干个极点处于s平面虚轴 （包括原点）上时，则以这些点为圆 心，作半径ε为无穷小的半圆，按逆时 针方向从右侧绕过这些点。 F ( s ) 的极点 因此，F(s)的位于s平面右半部的零点 和极点均被新奈氏回线包围在内。而将 位于坐标原点处的开环极点划到了复平 面的左半部。 这样处理满足了奈氏判据的要求（应用 奈氏判据时必须首先明确位于s平面右 半部和左半部的开环极点的数目）。
2ω + ω + 0.5ω 2ω ω 0.5ω = 0
ω = 1.87
此时
A(ω) = 0.44
可以判断出交点在点(-1,j0) 的右侧
陈复扬自动控制原理中文版课件(古典部分)第7章
第七章 非线性系统分析 7-1 非线性控制系统描述 三 非线性系统的分析和设计方法 由于非线性系统必须用非线性微分方程来描述， 但是到目前为止还没有一个通用的方法来解非线性方 程。目前工程上广泛应用描述函数法和相平面法来分 析非线性系统。 本章仅介绍描述函数法。描述函数法是一种工程 近似法，是线性系统频率响应法在非线性系统中的推 广应用。主要用来研究非线性系统的稳定性和自激振 荡。
0
r( t )
第七章 非线性系统分析 7-1 非线性控制系统描述 一 研究非线性控制系统的意义 在控制系统中恰当地引入某些非线性元部件，往往 可以有效地改善系统的性能。
如晶体管放大器
当输入小信号时，无 输出，而输入大信号 时，输出出现饱和。
c( t )
0
r( t )
第七章 非线性系统分析 7-1 非线性控制系统描述 一 研究非线性控制系统的意义 在控制系统中恰当地引入某些非线性元部件，往往 可以有效地改善系统的性能。 由此可见，非线性因素在实际系统中是普遍存在 的。只要系统中含有一个非线性元部件，则整个系统 就是非线性系统。所以严格说来，实际的控制系统 都是非线性系统。
A1 A0
3 运动形式
凹面
线性系统动态过程的形式与初始偏差及外作用无 关，如果系统在某一初始偏差下的时间响应曲线是振 荡收敛的，那么它在任何初始偏差下的时间响应曲线 都具有振荡收敛形式。 y( t )
A1
A0
0
t
第七章 非线性系统分析 7-1 非线性控制系统描述 二 非线性系统的特点
3 运动形式
非线性系统则不然，其运动形式随外作用的大小 和初始条件的不同而不同，如图所示，图中曲线1是振 荡衰减形式，曲线2是非周期衰减形式。
说明：读者使用该电子教案时，请用“全屏显
最新自动控制原理.pdf
第一章自动控制的一般概念1.1 引言自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。
自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变量的运动规律以及改变这种运动规律的可能性和途径，为建立高性能的自动控制系统提供必要的理论根据。
1.2 自动控制和自动控制系统的基本概念1.2.1自动控制问题的提出在许多工业生产过程或生产设备运行中，往往需要对某些物理量(如温度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等)进行控制，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按一定规律变化。
如图1-l所示是锅炉给水人工控制示意图。
人工调节是一个“检测偏差、纠正偏差”的过程。
可以用一整套自动控制仪表(自动调节器)来代替操作人员的作用。
图1-2所示是锅炉给水汽包水位自动控制示意图。
图1-2 汽包锅炉给水自动调节示意图1—过热器；2—汽包；3—省煤器；4—给水凋节阀；5—水位计任何一个控制系统，都包含着被控对象和控制器两个组成部分。
1.2.2 开环控制系统常见的控制方式有三种：开环控制、闭环控制和复合控制。
系统的控制输入不受输出影响的控制系统称为开环控制系统。
图1-3所示的烘箱温度控制系统是一个开环控制系统。
烘箱是被控对象，烘箱的温度是被控量，也称为系统输出量。
开关设定位置为系统的给定量或输入量，电阻及加热元件可看成是调压器（控制器）。
该系统中只有输入量对输出量的单向控制作用，输出量对输入量没有任何影响和联系。
烘箱温度开环控制系统可用图1-4所示的方框图表示。
1.2.3 闭环控制系统在图1-3所示的烘箱温度开环控制系统中，加入一些装置，构成了如图1-5所示的烘箱温度闭环控制系统。
系统中，烘箱是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u (表征烘箱温度的希望值)。
系统方框图如图1-6所示。
通常，把从系统输入量到输出量之间的通道称为前向通道；从输出量到反馈信号之间的通道称为反馈通道。
《自动控制原理》第三章第4讲
∑ ∴c(t) =a0 + n1 a je− pjt j =1
n2
n2
∑ ∑ +
β e−ζlωlt l
cosωl
1−ζl2t +
γ
e−ζ lωl t
l
sin ωl
l 1=l 1
1−ζl2t
高阶系统的阶跃响应总可以由简单函数项组成，即由一 阶、二阶系统的响应组成。
可见，c(t)不仅与 p j ,ζ l ,ωl （闭环极点）有关，而且与系数
C(s) = Φ(s) ⋅ 1 = 10
s+9
= 1 − 80 1 − 1 1
s 9 s(s + 1)(s + 10) s 81 s + 1 81 s + 10
近似：C(s)
=
s(s
1s 9 + 1)(
+1 1s
+ 1)
≈
1 s(s + 1)
=
1 s
−
s
1 +1
10
C(s) = Φ(s) ⋅ 1 = 10 s + 1.1 = 1 − 10 1 + 89 1 s 1.1 s(s + 1)(s + 10) s 99 s + 1 99 s + 10
− p1,− p2 虚轴近，系统的瞬态特性主要由 − p1,− p2 决定，呈二阶
系统的特性。反之，当 b << 1 时，表示− p3 离虚轴近，− p1,− p2
离虚轴远，系统的瞬态特性主要由− p3 决定，呈一阶系统的特性。
第二个因素是阻尼系数 ζ ，如下图所示：
c(t)
b= ∞ b=2
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自动控制原理pdf
1 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。