自动控制理论沈传文pdf
《自动控制理论(第3版)》第05章课件
= Im
（1）极坐标图
A() = () = 90
0 =0
Re
（2）波特图
L() = 20lgA() = 20lg () = 90
注意：由于微分环节与
L()/dB
20
0
1
20dB/dec
10
积分环节的传递函数互
为倒数， L()和 ()
仅相差一个符号。因此，
()/(°)
90°
Im
=
=0
Re
0
1
36
8 延迟环节
其频率特性为 ：G(j) = e jT 幅值为：A() = e jT = 1 相角为：() = T (rad) = 57.3T()
由于幅值总是1，相角随频率而变化，其极坐标图为一单位圆。
Im
L()/dB
0
0
=0
Re
()/(°)
0°
T大 T小
由于( )随频率的增长而线性滞后，将严重影响系统的稳定性 37
L ()2l0 g G (j) dB “分贝”
坐标特点 纵轴 (),(单位：度或者弧)度
⑴ 幅值相乘 = 对数相加，便于叠加作图；
特点 ⑵ 可在大范围内表示频率特性；
⑶ 利用实验数据容易确定 L(),进而确定G(s)。
17
频率特性 G(jw) 的表示方法
以 G(j) 1 为例。
Ts1sj
1. 幅相特性(Nyquist)
称为RC网络的幅频特性，后者称为相频特性。
⑤
1
jarc T tan 1
j 1 1 j T 1
e e 1 (T )2
1 j T
1 j T
完全地描述了网络在正弦输入电压作用下，稳态输
自动控制理论第二章共138页
1．分析元件的工作原理和在系统中的作用，确定元件的输入量和输出量 （必要时还要考虑扰动量），并根据需要引入中间变量。
2．根据各元件在工作过程中所遵循的物理或化学定律，忽略次要因 素，并考虑相邻元件的彼此影响，列写微分方程。
常用定律：电路系统的基尔霍夫定律、力学的牛顿定律和热力学定 律等
扰动输入----负载转矩mc 输出量: 电动机转速n
(2) 列写原始方程
电枢回路电 Lad压 dait方 Raia 程 ea ua (27)
式中电枢反 ea 电 Cen势
(28)
Ce —反电势常数。
电 磁 力 矩 方 程m (t)C m ia(t) (29)
C m— 转 矩 常 数 。
电机轴上的程 转J矩 d dn t平 m衡 mc (2方 1)0 J—转 动 惯 量 。
上式称为线性常系数二阶微分方程。
令: T1 T 2d d 2u 20 tT 2d d0u tu0(t)ui(t)
若利用 c q ,则微分方程为 u
L
d2q dt
R
dq dt
1 C
q
ui
机械系统
机械系统指的是存在机械运动的装置，它们遵循物 理学的力学定律。机械运动包括直线运动（相应的 位移称为线位移）和转动（相应的位移称为角位移） 两种。
研究一个自动控制系统，除定性了解组成系统各元件或 环节的功能，以及它们之间的相互关系、工作原理以外， 还必须定量分析系统的动、静态（稳态）过程，才能从 本质上把握住系统的基本性能。描述系统性能的数学表 达式，称为系统的数学模型（Mathematical Model）。 描述系统动态及稳（静）态性能的数学表达式分别称为 动态及稳（静）态模型。
“自动控制理论”资料文集
“自动控制理论”资料文集目录一、《自动控制理论》全套参考答案二、自动控制理论发展综述三、自动控制理论_智能控制理论四、浅谈自动控制理论的发展及其应用五、自动控制理论发展及其应用探索六、基于自动控制理论的课程思政探索《自动控制理论》全套参考答案《自动控制理论》是自动化专业的一门重要课程，主要介绍自动控制系统的基础理论和设计方法。
通过这门课程的学习，学生可以了解自动控制系统的基本原理、分析和设计方法，为后续的专业课程和实践应用打下基础。
本文将提供《自动控制理论》全套参考答案，以帮助读者更好地理解和掌握课程内容。
答：自动控制系统是指通过一定的控制装置，使被控对象按照设定的规律进行工作的一种系统。
答：自动控制系统主要由控制器、被控对象、执行器、传感器等组成。
答：开环控制系统是指系统中没有反馈环节，输入信号直接作用于输出，没有反馈调节的控制系统；闭环控制系统是指系统中存在反馈环节，输出信号通过反馈回路作用于输入，具有反馈调节的控制系统。
答：控制系统的数学模型是描述系统输入、输出及内部变量之间关系的数学表达式。
答：控制系统的常用数学模型有微分方程、传递函数、频率响应等。
答：建立控制系统的数学模型需要根据系统的实际结构和动态特性，通过分析系统的输入输出关系、内部变量之间的关系，得到描述系统行为的数学表达式。
答：控制系统的性能指标是指评价系统性能优劣的定量指标，如稳定性、快速性、准确性等。
答：分析控制系统的性能需要根据系统的数学模型，通过计算性能指标，如稳定裕度、穿越频率、调节时间等，来评价系统的性能。
同时，还需要进行仿真分析和实验验证。
答：改善控制系统的性能需要根据性能指标的分析结果，通过调整控制器参数、改变系统结构等方式来优化系统性能。
同时，还需要考虑系统的实际应用需求和约束条件。
答：PID控制器是一种常用的控制器，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
答：设计PID控制器需要根据被控对象的特性和性能指标要求，通过调整比例、积分和微分三个环节的参数来设计合适的控制器。
自动控制理论第一章引论
（4）20世纪40~50年代形成 SISO（Single Input Single Output）系统
二战期间，军事科学的需要大大促进了反馈控 制理论的发展。美国麻省理工学院雷达实验室的科 学家们将反馈放大器理论、 PID控制以及N.Wiener （维纳）的随机过程理论等结合在一起，形成了一 整套被称为随动控制系统的设计方法。1948年维纳 发表著名的《控制论》。系统地论述了控制理论的 一般原理和方法。－－标志控制学科的诞生
（5） 1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出 版。－－奠定了工程控制论的基础
20世纪50年代末期所讨论的内容主要有：系统数 学模型的建立、时域分析法、频率特性法、根轨迹法、 系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法 等，也被称为经典控制理论。
经典控制理论----以积分变换为主要数学工具， 用频率特性法和根轨迹法以描述输入、输出外部传 递函数为基础，研究控制系统的动态特性的理论。
• 系统框图
为了清楚地表示控制系统的组成及各组成部分之间信号的 传输关系，画出的控制系统元件作用图称为系统框图。共有 四种图例： （1）装置用方框表示 （2）信号用带箭号的线段表示 （3）信号引出点 （4）信号相加点（比较点）
图1－3 水箱水位控制系统框图
现代控制理论的重要标志：
状态空间法被引入到控制理论中来。 Kalman（卡尔曼）提出了能控性与能观测 性。表征系统结构特征的重要概念。 “内部研究”代替了传统的“外部研究”。 并使分析与综合过程建立在严格的理论基础之上。
现代控制理论—— 以微分方程、线性代 数及数值计算为主要数学工具，用时域方法 （状态空间方法）以描述系统内部状态变量 关系的状态方程为基础，研究系统状态运动 的理论。
经典控制理论
《自动控制理论（第3版）》全套参考答案
第一章习题参考答案1-1多速电风扇的转速控制为开环控制。
家用空调器的温度控制为闭环控制。
1-2 设定温度为参考输入，室内温度为输出。
1-3 室温闭环控制系统由温度控制器、电加热装置、温度传感器等组成，其中温度控制器可设定希望达到的室温，作为闭环控制系统的参考输入，温度传感器测得的室温为反馈信号。
温度控制器比较参考输入和反馈信号，根据两者的偏差产生控制信号，作用于电加热装置。
1-4 当实际液面高度下降而低于给定液面高度h r ，产生一个正的偏差信号，控制器的控制作用使调节阀增加开度，使液面高度逼近给定液面高度。
第二章 习题参考答案2-1 （1）()()1453223++++=s s s s s R s C ； （2）()()1223+++=s s s ss R s C ； （3）()()1223+++=-s s s e s R s C s2-2 （1）单位脉冲响应t t e e t g 32121)(--+=；单位阶跃响应t t e e t h 3612132)(----=； (2)单位脉冲响应t e t g t 27sin72)(-=；单位阶跃响应)21.127sin(7221)(2+-=-t e t h t 。
2-3 （1）极点3,1--，零点2-；(2) 极点11j ±-.2-4)2)(1()32(3)()(+++=s s s s R s C . 2-5 (a)()()1121211212212122112+++⋅+=+++=CS R R R R CS R R R R R R CS R R R CS R R s U s U ;(b)()()1)(12221112212121++++=s C R C R C R s C C R R s U s U 2-6 (a)()()RCsRCs s U s U 112+=;(b)()()141112+⋅-=Cs RR R s U s U ; (c)()()⎪⎭⎫⎝⎛+-=141112Cs R R R s U s U . 2-7 设激磁磁通f f i K =φ恒定()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=Θφφπφm e a a a a m a C C f R s J R f L Js L s C s U s 2602.2-8()()()φφφπφm A m e a a a a m A C K s C C f R i s J R f L i Js iL C K s R s C +⎪⎭⎫⎝⎛++++=26023.2-9 ()2.0084.01019.23-=⨯--d d u i . 2-10 (2-6) 2-11(2-7)2-12 前向传递函数)(s G 改变、反馈通道传递函数)(s H 改变可引起闭环传递函数)()(s R s C 改变。
自动控制理论第二章 54页PPT文档
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y=f(x)
（2-13）
图 2-9 非线性特性的线性化
第二章 控制系统的数学模型
13
自动控制理论
在给定工作点A（x0,y0）附近，将上式展开为泰勒级数
y fx fx 0 d dx f x x 0 x x 0 2 1 !d d 2 2 fx x x 0 x x 0 2
dmrt
dtm
dm1rt
b1 dtm1
bm1 drdttbmct
n m
式中，rt系统的输入量; ct系统的输出量
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第二章 控制系统的数学模型
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自动控制理论
在零初始条件下，对上式进行拉式变换得
a0sna1sn1 an1san Csb0smb1sm 1 bm 1sbmRs
普通高等教育“九五”部级重点教 材
自动控制理论
第二章
控制系统的数学模型
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作者： 浙江大学 邹伯敏 教授
第二章 控制系统的数学模型
1
自动控制理论
数学模型：是描述系统输入、输出变量以及于内部其它变 量之间关系的数学表达式
描述系统运动的数学模型的方法
输入－输出描述 微分方程是这种描述的最基本形式。传递函数、方框图
(2-12)
式 ,K 中 K 1 K 2 ,R R G R m
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第二章 控制系统的数学模型
12
自动控制理论
第二节 非线性数学模型的线性化
非线性数学模型线性化的假设
变量对于平衡工作点的偏离较小 非线性函数不仅连续，而且其多阶导数均存在
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。
自动控制理论 第四章
• 极点在虚轴上（临界状态），其实 极点在虚轴上（临界状态）， ），其实
部为零，阶跃响应分量呈等幅振荡, 部为零，阶跃响应分量呈等幅振荡, 极点离实轴越远， 越大， 极点离实轴越远，ωd越大，振荡频率越大 根 轨 迹 法
• 极点在负实轴上，ωd=0,该极点对 极点在负实轴上， d=0,该极点对
应的阶跃响应分量不会振荡（单调） 应的阶跃响应分量不会振荡（单调） jω 极点离虚轴越远， n|越大 衰减越快，反之， 越大， 极点离虚轴越远，|-ζωn|越大，衰减越快，反之，极点离 虚轴近， n|小 阶跃响应中该分量衰减就慢， 虚轴近，|-ζωn|小，阶跃响应中该分量衰减就慢，对过渡 jωd1 jω 过程的时间影响大。 过程的时间影响大。
Kf s ( s + 1)( s + 2)
=0
等效开环传函
G ′( s ) =
Kf s ( s + 1)( s + 2)
三个开环极点：0、-1、-2。
K f = 1.03 时
′ s1, 2 = −0.33 ± j 0.57
′ s3 = −2.33
K1 ( s + 0.6)( s + 2) G ( s) = ′ ′ ′ s[( s − s1 )( s − s2 )( s − s3 )]
系统的开环传递函数为：
K1 /[ s ( s + 2)] K1 C (s) G (s) = = = E ( s ) 1 + τK1 s /[ s ( s + 2)] s ( s + 2) + τK1 s 系统的特征方程为 K1
s( s + 2) + τK1s + K1 = 0 τK1 s 1+ =0 s ( s + 2) + K1
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自动控制理论沈传文pdf
自动控制理论是一门研究物理、化学、生物等实际系统的自动控制原理和方法的学科。
自动控制理论重要的基本概念包括系统、控制器、信号、误差、反馈等。
自动控制理论的核心是控制器的设计，即根据系统的特性和要求选择合适的控制器结构和参数，使得系统能够满足预定的控制要求。
自动控制理论的发展史可以追溯到19世纪中叶。
20世纪初，随着电力系统、飞机、火箭等重要工程的发展，自动控制理论得到了迅速的发展。
到了20世纪50年代，计算机的出现进一步推动了自动控制理论的发展，使得控制系统的精度、稳定性、可靠性等都有了质的飞跃。
沈传文教授是中国自动控制理论的开创者之一。
他的《现代控制理论》一书被誉为中国自动控制理论教材的经典之作。
该书系统地介绍了现代控制理论的主要内容和基本方法，成为了一代代控制工作者的必备读物。
总之，自动控制理论在现代科技中的应用非常广泛，涉及到机电设备、通信、交通运输、航空航天、冶金、化工、生物医药等众多领域。
掌握自动控制理论对于控制工作者来说非常重要，能够提高工程技术水平，实现科学、高效的控制。