自动控制原理(经典控制论)课程精品PPT课件
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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)。
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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）
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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02PPT课件
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微分方程式的解
a、 A、B、
指数函数 Aeat 正弦函数 Bsin(t+)
微分方程式的各系数
外部条件
起始条件
✓应用拉氏变换法求解微分方程时，由于初始条件已自动地 包含在微分方程的拉氏变换式中，因此，不需要根据初始 条件求积分常数的值就可得到微分方程的全解。
✓如果所有的初始条件为零，微分方程的拉氏变换可以简单 地用sn代替dn/dtn得到。
正弦函数是控制系统中常用的一种典型外作用，很多实 际
的随动系统就是常工作在此外作用下。 更为重要的是系统在正弦函数作用下的响应，即频率
响应是自动控制理论中研究系统性能的重要依据。
4
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Part 2.2 拉氏变换及其反变换
2.2.1 拉氏变换的定义 2.2.2 拉氏变换的计算 2.2.3 拉氏变换求解方程
2
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(3)、脉冲函数
A
为强脉度冲为函A数的定脉义冲为函：。数在f可(tt表)0时示tl0im刻0 f出(t(0tt[)现1(tt的0)A)单1((tt)位 t脉0 )]冲
函数为
。
注意：脉冲函数仅用于分析研究，现实中并 不存在。
3
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(4)、正弦函
正弦数函数的数学表达式为： f (t) Asin( t )
.... bm1s .... an1s
bm bn
,m
n
L-1[F(s)] = L-1[F1(s)]+L-1[F2(s)]+…+L-1[Fn(s)] = f1(t) + f2(t) + … + fn(t)
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微分方程式的解
a、 A、B、
指数函数 Aeat 正弦函数 Bsin(t+)
微分方程式的各系数
外部条件
起始条件
✓应用拉氏变换法求解微分方程时，由于初始条件已自动地 包含在微分方程的拉氏变换式中，因此，不需要根据初始 条件求积分常数的值就可得到微分方程的全解。
✓如果所有的初始条件为零，微分方程的拉氏变换可以简单 地用sn代替dn/dtn得到。
正弦函数是控制系统中常用的一种典型外作用，很多实 际
的随动系统就是常工作在此外作用下。 更为重要的是系统在正弦函数作用下的响应，即频率
响应是自动控制理论中研究系统性能的重要依据。
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Part 2.2 拉氏变换及其反变换
2.2.1 拉氏变换的定义 2.2.2 拉氏变换的计算 2.2.3 拉氏变换求解方程
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(3)、脉冲函数
A
为强脉度冲为函A数的定脉义冲为函：。数在f可(tt表)0时示tl0im刻0 f出(t(0tt[)现1(tt的0)A)单1((tt)位 t脉0 )]冲
函数为
。
注意：脉冲函数仅用于分析研究，现实中并 不存在。
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(4)、正弦函
正弦数函数的数学表达式为： f (t) Asin( t )
.... bm1s .... an1s
bm bn
,m
n
L-1[F(s)] = L-1[F1(s)]+L-1[F2(s)]+…+L-1[Fn(s)] = f1(t) + f2(t) + … + fn(t)
《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
(国家精品课件)自动控制原理 王建辉1.1
输入信号 （书位置） 输出量 （手位置）
眼睛
大脑
手臂、手 眼睛
图1-1
人取书的反馈控制系统方块图
14
END
15
闭环控制（反馈控制、偏差控制）
把输出量的一部分检测出来,反馈到输入端,与给 定信号进行比较，产生偏差,此偏差经过控制器产生 控制作用,使输出量按照要求的规律变化。 反馈信号与给定信号极性相反为负反馈,反之为 正反馈。
闭环控制特点
输入控制输出——输入和输出之间存在对应关系； 信号传递是双方向的——输出参与控制； 检测与纠正偏差——具有抗干扰能力。
该文档贡献者很忙什么也没留下
自动控制原理
第1章 自动控制系统的基本概念
第1章 自动控制系统的基本概念
主要内容
开环控制系统与闭环控制系统 闭环控制系统的组成和基本环节 自动控制系统的类型 自动控制系统的性能指标 小结
2
第1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
12
1.1 开环控制系统和闭环控制系统
闭环控制系统中的基本术语
(1) 被控对象 (2) 被控量或输出量 (7) 前向通道或正向通道 (8) 反馈通道或反向通道
(3) 给定量
(4) 扰动量
(9) 理想输出
(10) 实际输出
(5) 反馈量
(6) 偏差量 闭环控制系统是《自动控制原理》研究的重点。
13
人本身就是一个具有高度复杂控制能力的反馈控制系统
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。
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module_1_unit_1_ppt
眼睛
大脑
手臂、手 眼睛
图1-1
人取书的反馈控制系统方块图
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END
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闭环控制（反馈控制、偏差控制）
把输出量的一部分检测出来,反馈到输入端,与给 定信号进行比较，产生偏差,此偏差经过控制器产生 控制作用,使输出量按照要求的规律变化。 反馈信号与给定信号极性相反为负反馈,反之为 正反馈。
闭环控制特点
输入控制输出——输入和输出之间存在对应关系； 信号传递是双方向的——输出参与控制； 检测与纠正偏差——具有抗干扰能力。
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自动控制原理
第1章 自动控制系统的基本概念
第1章 自动控制系统的基本概念
主要内容
开环控制系统与闭环控制系统 闭环控制系统的组成和基本环节 自动控制系统的类型 自动控制系统的性能指标 小结
2
第1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
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1.1 开环控制系统和闭环控制系统
闭环控制系统中的基本术语
(1) 被控对象 (2) 被控量或输出量 (7) 前向通道或正向通道 (8) 反馈通道或反向通道
(3) 给定量
(4) 扰动量
(9) 理想输出
(10) 实际输出
(5) 反馈量
(6) 偏差量 闭环控制系统是《自动控制原理》研究的重点。
13
人本身就是一个具有高度复杂控制能力的反馈控制系统
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。
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module_1_unit_1_ppt
自动控制原理PPT
稳定性(Stability)：系统处于平衡状态下，受到扰动作用后，系统恢复原有平 衡状态的能力。它是自控系统最基本的要求。 稳定是系统正常工作的前提。为了使系统在环境或参数变化时还能保持稳 定，在设计时还要留有一定的稳定裕量。 准确性(Accuracy)：即系统的稳态精度；常以稳态误差来衡量，即稳态时系 统期望输出量和实际输出量之差的大小。 稳定的系统在过渡过程（暂态）结束后所处的状态称为稳态。设计时希望 稳态误差要小。例如：在恒值调速系统中，希望因负载扰动引起的稳态转速的 变动要尽量小；在随动系统中，希望输出信号与输入信号尽量一致。 要求动态误差（偏差）和稳态误差都越小越好。
d 2uc di C dt dt 2
1 uc idt C
duc iC dt
消去中间变量并整理得：
d 2 uc duc LC 2 RC uc u r dt dt
23
4）. Example 2
机械平移系统
课本P9，例2-2
！静止（平衡）工作点作为零点，以消除重力的影响。
1）微分方程的系数取决于系统的结构参数 2）阶次等于独立储能元件的数量
2
方块图（方框图） Block diagram
系统中各个环节的功能及信号转换和传输关系的 表示，由方框和带箭头的直线组成（consist of blocks
and arrows）
输入 Input
Process
输出 Output
处理
Arrow : 信号的传递方向 (input or output ) Block : 处理（传递）过程 ( the relationship between input and output )，一个方框代表一个环节（环节：系统的每 个具有一定功能的组成部分）。
自动控制原理第一章PPT课件
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16
首次冲出太阳系 （美国伽利略号木 星 探 测 器 ， 1989 年）
-
仿人机器人 （日本，2001年）
17
神舟五号载人航天成功（中国，2003年）
-
18
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
-
19
“作为技术科学的控制论，对工程技术、生物
和生命现象的研究和经济科学，以及对社会研
究都有深刻的意义，比起相对论和量子论对社
（1）装置用方框表示 （2）信号用带箭头的线段表示 （3）信号引出点 （4）信号相加点（比较点）
-
27
方框（块）图 中的符号
控制系统框图的基本组成单元
元部件 信号（物理量）及传递方向 比较点 引出点 － 表示负反馈
-
返回 28
1-２自动控制系统基本控制方式
1. 开环控制 2. 闭环控制 3. 复合控制
近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控 制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用 取得了长足进展。
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二．自动控制理论
1．定义 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科 学. 2．分类 （1）经典控制理论：以传递函数为基础，主要研 究单输入—单输出，线性定常系统的分析和设计问题 。 （2）现代控制理论：主要研究具有高性能，高精 度的多变量多参数系统的最优控制问题。
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三、自动控制系统
1．定义： 为了实现各种复杂的控制任务，将被控对象 和控制装置按照一定的方式连接起来组成的一 个有机总体。
控制装置（控制器）：外加的设备或装置. 被控对象（process, plant, controlled system ）：设备或生产过程.