.,控制工程總復(fù)習(xí),.,1.控制的概念及學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容,自動(dòng)控制：就是應(yīng)用自動(dòng)化儀表或控制裝置代替人，自動(dòng)地對(duì)機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或性能要求。主要內(nèi)容：給定輸入求輸出；輸出是否滿足要求；對(duì)控制系統(tǒng)的了解,.,例：,籃球運(yùn)動(dòng)員投籃：人力對(duì)籃球的控制收音機(jī)調(diào)臺(tái)：調(diào)諧旋鈕與電臺(tái)頻率的關(guān)系收音機(jī)音量控制：旋轉(zhuǎn)角度與音量的關(guān)系,控制關(guān)系,.,2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,被控對(duì)象：要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程被控制量：（指被控制系統(tǒng)所要控制的物理量，一般指系統(tǒng)的輸出量）給定值：根據(jù)生產(chǎn)要求，被控制量需要達(dá)到的數(shù)值擾動(dòng)：給定值和擾動(dòng)通稱為輸入量?？刂蒲b置：能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象起控制作用的設(shè)備總稱,.,3.控制系統(tǒng)的分類,開環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng),.,按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無法自動(dòng)補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場合。,輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測量，通常容易實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題；,開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。,主要特點(diǎn)：,控制方式：,控制器,被控制對(duì)象,按給定值控制的原理方框圖,開環(huán)控制方式,.,輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。,閉環(huán)控制：是指控制器與控制對(duì)象之間既有順向作用又有反向聯(lián)系的控制過程。,主要特點(diǎn)：,控制方式：,反饋控制，反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：正反饋，負(fù)反饋。,控制器,被控制對(duì)象,輸入量,輸出量,閉環(huán)控制典型方框圖,擾動(dòng),.,4.本書主要內(nèi)容,典型信號(hào),計(jì)算結(jié)果,建模,時(shí)間響應(yīng),頻率響應(yīng),穩(wěn)定性分析,核心內(nèi)容：輸入與輸出的關(guān)系,.,一、典型輸入信號(hào),為了便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)和比較，根據(jù)系統(tǒng)常遇到的輸入信號(hào)形式。在數(shù)學(xué)描述上加以理想化的一些基本輸入函數(shù)，稱為典型輸入信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)中常用的典型輸入信號(hào)有：單位階躍、單位斜坡（速度）函數(shù)、單位加速度（拋物線）函數(shù)、單位脈沖函數(shù)和正弦函數(shù)。,.,二、系統(tǒng)建模的主要內(nèi)容,物理系統(tǒng)微分方程的建立傳遞函數(shù)的概念典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)系統(tǒng)的方框圖及其變換求解微分方程：即求系統(tǒng)的輸出,.,用解析法建立運(yùn)動(dòng)方程的步驟是：1）分析系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)中各變量間的關(guān)系，確定出待研究元件或系統(tǒng)的輸入量和輸出量；2）從輸入端入手（閉環(huán)系統(tǒng)一般從比較環(huán)節(jié)入手），依據(jù)各元件所遵循的物理，化學(xué)，生物等規(guī)律，列寫各自方程式，但要注意負(fù)載效應(yīng)。所謂負(fù)載效應(yīng)，就是考慮后一級(jí)對(duì)前一級(jí)的影響。3）將所有方程聯(lián)解，消去中間變量，得出系統(tǒng)輸入輸出的標(biāo)準(zhǔn)方程。所謂標(biāo)準(zhǔn)方程包含三方面的內(nèi)容：將與輸入量有關(guān)的各項(xiàng)放在方程的右邊，與輸出量有關(guān)的各項(xiàng)放在方程的左邊；各導(dǎo)數(shù)項(xiàng)按降冪排列；將方程的系數(shù)通過元件或系統(tǒng)的參數(shù)化成具有一定物理意義的系數(shù)。,.,微分方程式的編寫,例RC電路取u1為輸入量,u2為輸出量,.,例彈簧阻尼系統(tǒng),f粘滯摩擦系數(shù),k彈簧系數(shù),v物體相對(duì)的移動(dòng)速度,兩邊取拉氏變換,整理得,.,結(jié)構(gòu)圖等效變換方法,.,三、時(shí)域法典型控制過程,瞬態(tài)響應(yīng)指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過程。又稱動(dòng)態(tài)過程或過渡過程。瞬態(tài)響應(yīng)可以提供關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應(yīng)速度及阻尼情況等信息。,穩(wěn)態(tài)響應(yīng)指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下，當(dāng)時(shí)間t趨于無窮時(shí)，系統(tǒng)輸出量的表現(xiàn)方式。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)又稱穩(wěn)態(tài)過程。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可以提供系統(tǒng)有關(guān)穩(wěn)態(tài)誤差的信息。,.,一階系統(tǒng)時(shí)域分析,h(t)=1-e-t/T,c(t)=t-T+Te-t/T,.,一階系統(tǒng)響應(yīng)小結(jié),等價(jià)關(guān)系：系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)導(dǎo)數(shù)的響應(yīng)，就等于系統(tǒng)對(duì)該輸入信號(hào)響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)；系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)積分的響應(yīng)，就等于系統(tǒng)對(duì)該輸入信號(hào)響應(yīng)的積分。,.,二階系統(tǒng)的時(shí)域分析,標(biāo)準(zhǔn)形式典型響應(yīng)分析特征參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,.,典型二階系統(tǒng)的時(shí)域分析,微分方程的標(biāo)準(zhǔn)形式：,阻尼比，,無阻尼自振頻率。,傳遞函數(shù)及方框圖：,等效的開環(huán)傳函及方框圖：,.,特征根在根平面上的分布：,z1不等負(fù)實(shí)根,z1相等負(fù)實(shí)根,1z0共軛復(fù)根,z=0共軛虛根,z0正（正實(shí)部）根,特征方程：,特征根：,.,01,1,0,1,二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)定性分析,2,(s)=,s2+2ns+n2,過阻尼,臨界阻尼,欠阻尼,零阻尼,.,二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)有如下特點(diǎn)：,參數(shù)對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)曲線的形狀影響極大。,當(dāng)0，瞬態(tài)響應(yīng)是等幅振蕩，頻率為n。n稱為無阻尼振蕩角頻率，系統(tǒng)被稱為無阻尼系統(tǒng)。,00,因此上式各項(xiàng)系數(shù)均大于零。,.,sn,a0,a2,a4,a6,sn1,a1,a3,