东华大学自动控制原理期末复习ppt
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自动控制原理及其技术应用技术复习PPT课件
习题3－1
温度计闭环传递函数
(s) 1 Ts1
h(4T)98 oo 4T1min T0.25min
G(s) (s) 1 1(s) Ts
K 1 T
v
1
r(t)10t
ess1K01T 02.5C
G (s)E (s)1C (s)11 Ts R (s) R (s) T s 1T s 1
动态结构图
串联 并联 反馈 综合点和引出点的移动
串联 并联
反馈
梅逊公式
1 n
G(s) k1 Pkk
1 L a L b L cL d L e L f
L a —所有不同回路的回路增益之和；
LbLc —所有两两互不接触回路的回路增益乘积之和；
LLL d
e
f
—所有互不接触回路中，每次取其中三个回路 增益的乘积之和；
例2－15
P 1 G 1 G 2 G 3 ， 1 1 ， P 2 G 4 G 3 ， 2 1 L 1 ，
L 1 G 1 G 2 H 1 ， L 2 G 3 H 2 ， L 3 G 2 H 3 ，
1(L 1L 2L 3)L 1L 2 ，
C ( s ) P 1 1 P 2 2 G 1 G 2 G 3 G 4 G 3 ( 1 G 1 G 2 H 1 )
R ( s )
1 G 1 G 2 H 1 G 3 H 2 G 2 H 3 G 1 G 2 G 3 H 1 H 2
第三章 时域分析法
第一节 系统性能指标 第二节 一阶系统性能分析 第三节 二阶系统性能分析 第四节 高阶系统的时域分析 第五节 控制系统的稳定性分析 第六节 控制系统的稳态误差分析
已知系统传递函数 C(s) 2
试求系统在输入 r(t)1(t)
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
复习自动控制原理知识点归纳.ppt
回输入端的信号，也称为反馈信号； ❖ 偏差：给定值和反馈信号之差； ❖ 干扰：所有妨碍控制器对被控变量按要求进行控
制的信号。
演示课件
1.4 自动控制系统的性能指标
对控制系统的性能评价，多以动态过程的特 性来衡量，工程上对自动控制系统性能的基本要 求可以归结为稳（稳定性和平稳性）、准（准确 性）和快（快速性）。
29 演示课件
并联结构的等效变换
R(s)
G1(s)
C1(s)
C(s)
两个并联的方框可以合并 为一个方框，合并后方框 的传递函数等于两个方框 传递函数的代数和。
G2(s)
C2(s)
C(s) [G1(s) G2 (s)]R(s)
C(s) R( s )
G1 ( s )
G2 (s)
R(s)
C(s)
G1(s) G2(s)
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
演示课件
控制系统的单项品质指标小结
稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳 准确性 余差C小好
最大偏差 A 小好 快速性 过渡时间 Ts 短好
各品质指标之间既有联系、又有矛盾。例如，过分减小 最大偏差，会使过渡时间变长。因此，应根据具体工艺情况分 清主次，对生产过程有决定性意义的主要品质指标应优先予以 保证。
演示课件
第二章
➢ 线性系统数学模型的形式——微分方程、传递函数、结构图 考察方式：填空题 ➢ 传递函数的定义 考察方式：填空题 ➢ 典型环节的传递函数 考察方式：填空题 ➢ RC、RLC电路的传递函数 考察方式：综合题 ➢ 结构图串联、并联、反馈的等效变换 考察方式：综合题
演示课件
2.1.1 线性系统微分方程的建立方法
制的信号。
演示课件
1.4 自动控制系统的性能指标
对控制系统的性能评价，多以动态过程的特 性来衡量，工程上对自动控制系统性能的基本要 求可以归结为稳（稳定性和平稳性）、准（准确 性）和快（快速性）。
29 演示课件
并联结构的等效变换
R(s)
G1(s)
C1(s)
C(s)
两个并联的方框可以合并 为一个方框，合并后方框 的传递函数等于两个方框 传递函数的代数和。
G2(s)
C2(s)
C(s) [G1(s) G2 (s)]R(s)
C(s) R( s )
G1 ( s )
G2 (s)
R(s)
C(s)
G1(s) G2(s)
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
演示课件
控制系统的单项品质指标小结
稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳 准确性 余差C小好
最大偏差 A 小好 快速性 过渡时间 Ts 短好
各品质指标之间既有联系、又有矛盾。例如，过分减小 最大偏差，会使过渡时间变长。因此，应根据具体工艺情况分 清主次，对生产过程有决定性意义的主要品质指标应优先予以 保证。
演示课件
第二章
➢ 线性系统数学模型的形式——微分方程、传递函数、结构图 考察方式：填空题 ➢ 传递函数的定义 考察方式：填空题 ➢ 典型环节的传递函数 考察方式：填空题 ➢ RC、RLC电路的传递函数 考察方式：综合题 ➢ 结构图串联、并联、反馈的等效变换 考察方式：综合题
演示课件
2.1.1 线性系统微分方程的建立方法
东华大学自动控制原理期末复习ppt
–研究的主要对象是单输入、单输出(One input， One output) —— 单变量系统
Modern control theory (现代控制理论)
–研究的主要对象是多输入、多输出(Multi-input, Multi-Output) ——多变量系统。
Intelligent control (智能控制)
Block diagram reduction
Example:
当系统具有扰动时（输入量以外的信号均为扰动信号）
令N(s) = 0， 令R(s) = 0，
Chapter 5 The Performance of Feedback Control Systems
Basic concept
• The response is composed of the transient response and the steady-state response. • The transient response is the response that disappears with time (快). • The steady-state response is the response that exists for a long time following any input signal initiation (准). • The standard test input: The unit impulse, the step input, the ramp斜坡 input, and the parabolic加速度\抛物线 input.
Typical components
• Proportional component: K • Derivative component: s • Integral component: 1/s • Inertia components: 1/( Ts +1)
Modern control theory (现代控制理论)
–研究的主要对象是多输入、多输出(Multi-input, Multi-Output) ——多变量系统。
Intelligent control (智能控制)
Block diagram reduction
Example:
当系统具有扰动时（输入量以外的信号均为扰动信号）
令N(s) = 0， 令R(s) = 0，
Chapter 5 The Performance of Feedback Control Systems
Basic concept
• The response is composed of the transient response and the steady-state response. • The transient response is the response that disappears with time (快). • The steady-state response is the response that exists for a long time following any input signal initiation (准). • The standard test input: The unit impulse, the step input, the ramp斜坡 input, and the parabolic加速度\抛物线 input.
Typical components
• Proportional component: K • Derivative component: s • Integral component: 1/s • Inertia components: 1/( Ts +1)
《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
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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
自动控制原理课件ppt
G3(s)
G2(s)
H3(s)
E(S)
R(s)
G1(s)
H1(s)
H2(s)
C(s)
P2= - G3G2H3
△2= 1
P2△2=
梅逊公式求E(s)
P1= –G2H3
△1= 1
N(s)
G1(s)
H1(s)
H2(s)
C(s)
G3(s)
G2(s)
H3(s)
R(s)
E(S)
四个单独回路，两个回路互不接触
e
A
100%
一阶系统时域分析
无零点的一阶系统 Φ(s)=
Ts+1
k
, T
时间常数
(画图时取k=1,T=0.5)
单 位 脉 冲 响 应
k(t)=
T
1
e-
T
t
k(0)=
T
1
K’(0)=
T
1
2
单位阶跃响应
h(t)=1-e-t/T
h’(0)=1/T
h(T)=0.632h(∞)
h(3T)=0.95h(∞)
h(2T)=0.865h(∞)
第一章 自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
飞机示意图
给定电位器
反馈电位器
给定装置
放大器
舵机
飞机
反馈电位器
垂直陀螺仪
θ0
θc
扰动
俯仰角控制系统方块图
飞机方块图
液位控制系统
控制器
自动控制原理课件ppt
课件3 ~6为第一章的内容。制作目的是节省画图时间，便于教师讲解。 课件6要强调串联并联反馈的特征，在此之前要交待相邻综合点与相邻引出点的等效变换。 课件7中的省略号部分是反过来说，如‘合并的综合点可以分开’等。最后一条特别要讲清楚，这是最容易出错的地方！ 课件10先要讲清H1和H3的双重作用，再讲分解就很自然了。 课件11 ､12 ､13是直接在结构图上应用梅逊公式，制作者认为没必要将结构图变为信号流图后再用梅逊公式求传递函数。
自动控制原理复习总结课件
稳定性是控制系统的重要 性能指标之一，是实现系 统正常工作的前提条件。
劳斯稳定判据
STEP 02
STEP 01
劳斯稳定判据是一种通过 计算系统的极点和零点来 判定系统稳定性的方法。
STEP 03
如果劳斯判据的公式满足 条件，则系统是稳定的； 否则，系统是不稳定的。
它通过计算劳斯表的第一列 系数，并根据劳斯判据的公 式来判断系统是否稳定。
非线性控制系统设计的局限性在于 它需要深入了解系统的非线性特性 和动态行为，设计难度较大。
非线性控制系统设计需要采用特 殊的理论和方法，如相平面法、 描述函数法等。
非线性控制系统设计的主要优点是可 以实现对非线性系统的精确控制，适 用于具有复杂非线性特性的系统。
Part
06
控制系统的实现与仿真
控制系统的硬件实现
Simulink Real-
Time
基于MATLAB/Simulink的实时仿 真工具，可用于在硬件在环仿真 中测试控制算法。
dSPACE
由dSPACE公司开发的实时仿真和 测试工具，支持在控制器硬件上 快速实现和验证控制算法。
Part
07
自动控制原理的应用案例
温度控制系统
温度控制系统采用温度传感器检测环 境温度，通过控制器计算出控制信号， 驱动执行器调节加热或制冷设备，以 实现温度的自动控制。
性质
传递函数具有复数域内极点和零点的性质，这些极点和零点决定了 系统的动态响应特性。
应用
传递函数在控制系统分析中广泛应用于描述系统的频率响应特性和稳 定性。
动态结构图
定义
动态结构图是描述控制系统动态行为的图形表示方法，通过将系统各组成部分用图形符号表示， 并按照一定的逻辑关系连接起来形成完整的系统结构图。
自动控制原理课件ppt
控制系统的性能分析
1. 稳态误差分析：分析系统在稳态下的误差以及如 何进行补偿。 2. 响应速度分析：分析系统的响应速度，并且可以 通过合适的控制参数来提高响应速度。 3. 稳定性分析：分析系统的稳定性及如何通过控制 来保证系统的稳定性。
3
反馈控制系统设计
Design of feedback control system
传感器与执行器
它可以感知环境变化并反馈给控制器；执行器则负责将控制器输出的电信号转化为机械运动，控制被控制对象 实现预定动作。这两者在自动控制系统中起到了至关重要的作用，是系统稳定性和机能性的关键依托。除了常 见的传感器和执行器外，还有许多其他类型的传感器和执行器，如力传感器、温度传感器、阀门等。在实际应 用中，要根据具体情况选择合适的传感器和执行器，从而实现自动化、智能化控制。
控制系统基础
第一部分主要介绍控制系统的定义、分类以及控 制系统中常见的各种变量； 第二部分介绍了控制系统的主要组成部分，包括 传感器、执行器、控制器等； 第三部分则着重探讨了控制系统的性能要求，如 稳定性、灵敏度、鲁棒性等方面。通过深入了解 控制系统的基础知识，可以更好地理解和应用自 动控制原理。
自动控制原理
Principles of Automatic Control
Form：XXX
202X-XX-XX
1. 概述自动控制原理 2. 控制系统数学模型 3. 反馈控制系统设计 4. 梯形图及控制程序设计 5. 控制系统稳定性分析 6. 现代控制理论应用
目录
1
概述自动控制原理
Overview of automatic control principles
4
梯形图及控制程序设计
Ladder diagram and control program design
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– Fuzzy Logics，Artificial Neural Networks， Genetic Algorithm，Artificial Intelligence， Expert System
Types of control systems
按信号的传递路径来分类： –开环控制系统 Open-loop control system –闭环控制系统 Closed-loop control system
按描述系统的数学模型不同来分类: –线性系统 Linear system –非线性系统 Nonlinear system
按系统传输信号的性质来分类: –连续系统 Continuous system –离散系统 Discrete system
Basic requirements (performance)
Basic concept
• The response is composed of the transient response and the steady-state response.
• The transient response is the response that disappears with time (快).
Y(s) R(s)
bmsm ansn
b
sm1
m1
b1s
b0
a
sn1
n 1
a1s
a
0
Laplace transform
Transfer function(2)
Transfer function(3)
Final value theorem
lim y(t) lim sY(s)
Tr 1
2.16 n
0.60
Closeness:
( 2%)
P.O.% exp( / 1 2 )100%
The steady-state error
定义：
ess
lim e(t )
t
lim r (t )
t
y(t)
ess
lim e(t )
t
Stability（稳定性）：先决条件 Accuracy（稳态性）：控制精度 Quickness or Rapidness（动态性）：快速反应
稳！ 准！ 快！
Chapter 2 Mathematical Models of Systems
Differential equation
an
–研究的主要对象是单输入、单输出(One input， One output) —— 单变量系统
Modern control theory (现代控制理论)
–研究的主要对象是多输入、多输出(Multi-input, Multi-Output) ——多变量系统。
Intelligent control (智能控制)
• Inertia components: 1/( Ts +1)
1
• Oscillation component: T 2s2 2Ts 1
• First-order differential component: Ts + 1
• Second-order differential component: T 2s2 2Ts 1
t
s0
微分方程 t
（时域）
L
1
L
系统
F F 1
传递函数
s
（复域）
s j j s
频率特性
（频域）
Typical components
• Proportional component: K • Derivative component: s • Integral component: 1/s
阶跃 斜坡 抛物线
速度 加速度
Performance of a second-order system
Y (s) R(s)
s2
n2 2n s
n2
Underdamped:
0 1
Step response 0 1
Swiftness:
Tr
n
cos1 1 2
• The steady-state response is the response that exists for a long time following any input signal initiation (准).
• The standard test input: The unit impulse, the step input, the ramp斜坡 input, and the parabolic加速度\抛物线 input.
• Time-delay component: es
Block Diagram models
Block diagram reduction
Example:
当系统具有扰动时（输入量以外的信号均为扰动信号）
令N(s) = 0， 令R(s) = 0，
Chapter 5 The Performance of Feedback Control Systems
dn y(t) dtn
a n-1
d n -1 y(t) dt n -1
a1
dy(t) dt
a 0 y(t)
bm
-1
d m-1r(t) dt m-1
b1
dr(t) dt
b 0 r(t)
Transfer function(1)
定义：线性定常系统在初始条件为零时，输出 量的拉氏变换和输入量的拉氏变换之比。
Chapter 1 Introduction to Control Systems
Introduction
Open-loop control system
Closed-loop feedback control system
History of Automatic Control
Classic control theory (经典控制理论)
lim sE(s)
s0
lim s R(s)
s0
Y (s)
H(s) = 1
Chapter 6 The Stability of Linear Feedback Systems
The three approaches to the question of stability
Types of control systems
按信号的传递路径来分类： –开环控制系统 Open-loop control system –闭环控制系统 Closed-loop control system
按描述系统的数学模型不同来分类: –线性系统 Linear system –非线性系统 Nonlinear system
按系统传输信号的性质来分类: –连续系统 Continuous system –离散系统 Discrete system
Basic requirements (performance)
Basic concept
• The response is composed of the transient response and the steady-state response.
• The transient response is the response that disappears with time (快).
Y(s) R(s)
bmsm ansn
b
sm1
m1
b1s
b0
a
sn1
n 1
a1s
a
0
Laplace transform
Transfer function(2)
Transfer function(3)
Final value theorem
lim y(t) lim sY(s)
Tr 1
2.16 n
0.60
Closeness:
( 2%)
P.O.% exp( / 1 2 )100%
The steady-state error
定义：
ess
lim e(t )
t
lim r (t )
t
y(t)
ess
lim e(t )
t
Stability（稳定性）：先决条件 Accuracy（稳态性）：控制精度 Quickness or Rapidness（动态性）：快速反应
稳！ 准！ 快！
Chapter 2 Mathematical Models of Systems
Differential equation
an
–研究的主要对象是单输入、单输出(One input， One output) —— 单变量系统
Modern control theory (现代控制理论)
–研究的主要对象是多输入、多输出(Multi-input, Multi-Output) ——多变量系统。
Intelligent control (智能控制)
• Inertia components: 1/( Ts +1)
1
• Oscillation component: T 2s2 2Ts 1
• First-order differential component: Ts + 1
• Second-order differential component: T 2s2 2Ts 1
t
s0
微分方程 t
（时域）
L
1
L
系统
F F 1
传递函数
s
（复域）
s j j s
频率特性
（频域）
Typical components
• Proportional component: K • Derivative component: s • Integral component: 1/s
阶跃 斜坡 抛物线
速度 加速度
Performance of a second-order system
Y (s) R(s)
s2
n2 2n s
n2
Underdamped:
0 1
Step response 0 1
Swiftness:
Tr
n
cos1 1 2
• The steady-state response is the response that exists for a long time following any input signal initiation (准).
• The standard test input: The unit impulse, the step input, the ramp斜坡 input, and the parabolic加速度\抛物线 input.
• Time-delay component: es
Block Diagram models
Block diagram reduction
Example:
当系统具有扰动时（输入量以外的信号均为扰动信号）
令N(s) = 0， 令R(s) = 0，
Chapter 5 The Performance of Feedback Control Systems
dn y(t) dtn
a n-1
d n -1 y(t) dt n -1
a1
dy(t) dt
a 0 y(t)
bm
-1
d m-1r(t) dt m-1
b1
dr(t) dt
b 0 r(t)
Transfer function(1)
定义：线性定常系统在初始条件为零时，输出 量的拉氏变换和输入量的拉氏变换之比。
Chapter 1 Introduction to Control Systems
Introduction
Open-loop control system
Closed-loop feedback control system
History of Automatic Control
Classic control theory (经典控制理论)
lim sE(s)
s0
lim s R(s)
s0
Y (s)
H(s) = 1
Chapter 6 The Stability of Linear Feedback Systems
The three approaches to the question of stability