.,控制工程總復習,.,1.控制的概念及學習的主要內容,自動控制：就是應用自動化儀表或控制裝置代替人，自動地對機器設備或生產過程進行控制，使之達到預期的狀態(tài)或性能要求。主要內容：給定輸入求輸出；輸出是否滿足要求；對控制系統(tǒng)的了解,.,例：,籃球運動員投籃：人力對籃球的控制收音機調臺：調諧旋鈕與電臺頻率的關系收音機音量控制：旋轉角度與音量的關系,控制關系,.,2.自動控制系統(tǒng)的基本構成,被控對象：要求實現自動控制的機器設備或生產過程被控制量：（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：根據生產要求，被控制量需要達到的數值擾動：給定值和擾動通稱為輸入量?？刂蒲b置：能夠對被控對象起控制作用的設備總稱,.,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。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調整精度。對于工作過程中受到的擾動或特性參數的變化無法自動補償。結構簡單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結構參數穩(wěn)定和擾動信號較弱的場合。,輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現；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象之間只有順向作用而沒有反向聯系的控制過程。,主要特點：,控制方式：,控制器,被控制對象,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)；因為可能發(fā)生超調，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象之間既有順向作用又有反向聯系的控制過程。,主要特點：,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，負反饋。,控制器,被控制對象,輸入量,輸出量,閉環(huán)控制典型方框圖,擾動,.,4.本書主要內容,典型信號,計算結果,建模,時間響應,頻率響應,穩(wěn)定性分析,核心內容：輸入與輸出的關系,.,一、典型輸入信號,為了便于對系統(tǒng)進行分析，設計和比較，根據系統(tǒng)常遇到的輸入信號形式。在數學描述上加以理想化的一些基本輸入函數，稱為典型輸入信號?？刂葡到y(tǒng)中常用的典型輸入信號有：單位階躍、單位斜坡（速度）函數、單位加速度（拋物線）函數、單位脈沖函數和正弦函數。,.,二、系統(tǒng)建模的主要內容,物理系統(tǒng)微分方程的建立傳遞函數的概念典型環(huán)節(jié)的傳遞函數系統(tǒng)的方框圖及其變換求解微分方程：即求系統(tǒng)的輸出,.,用解析法建立運動方程的步驟是：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），依據各元件所遵循的物理，化學，生物等規(guī)律，列寫各自方程式，但要注意負載效應。所謂負載效應，就是考慮后一級對前一級的影響。3）將所有方程聯解，消去中間變量，得出系統(tǒng)輸入輸出的標準方程。所謂標準方程包含三方面的內容：將與輸入量有關的各項放在方程的右邊，與輸出量有關的各項放在方程的左邊；各導數項按降冪排列；將方程的系數通過元件或系統(tǒng)的參數化成具有一定物理意義的系數。,.,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,k彈簧系數,v物體相對的移動速度,兩邊取拉氏變換,整理得,.,結構圖等效變換方法,.,三、時域法典型控制過程,瞬態(tài)響應指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應過程。又稱動態(tài)過程或過渡過程。瞬態(tài)響應可以提供關于系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應速度及阻尼情況等信息。,穩(wěn)態(tài)響應指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下，當時間t趨于無窮時，系統(tǒng)輸出量的表現方式。穩(wěn)態(tài)響應又稱穩(wěn)態(tài)過程。穩(wěn)態(tài)響應可以提供系統(tǒng)有關穩(wěn)態(tài)誤差的信息。,.,一階系統(tǒng)時域分析,h(t)=1-e-t/T,c(t)=t-T+Te-t/T,.,一階系統(tǒng)響應小結,等價關系：系統(tǒng)對輸入信號導數的響應，就等于系統(tǒng)對該輸入信號響應的導數；系統(tǒng)對輸入信號積分的響應，就等于系統(tǒng)對該輸入信號響應的積分。,.,二階系統(tǒng)的時域分析,標準形式典型響應分析特征參數對系統(tǒng)性能的影響,.,典型二階系統(tǒng)的時域分析,微分方程的標準形式：,阻尼比，,無阻尼自振頻率。,傳遞函數及方框圖：,等效的開環(huán)傳函及方框圖：,.,特征根在根平面上的分布：,z1不等負實根,z1相等負實根,1z0共軛復根,z=0共軛虛根,z0正（正實部）根,特征方程：,特征根：,.,01,1,0,1,二階系統(tǒng)單位階躍響應定性分析,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)響應有如下特點：,參數對瞬態(tài)響應曲線的形狀影響極大。,當0，瞬態(tài)響應是等幅振蕩，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,因此上式各項系數均大于零。,.,sn,a0,a2,a4,a6,sn1,a1,a3,