自动控制理论复习

1、- -自动控制原理复习指导说明:本课程强调根本概念,根本规律及其物理本质的论述,要求学生能够正确理解和运用课程中讲授的根本概念和根本规律,了解和掌握所讲述的控制系统的根本分析和计算方法而不着重于理论的推导和证明.第一章 绪论一.教学要求1.有关自动控制的术语及概念:自动控制系统,自动控制系统的组成,开环控制,闭环控制和开环闭环构成的复合控制.2.正确理解三种控制方式的工作原理及特点.3.初步了解自动控制系统组成原理方框图的含义.二.说明1、有关自动控制的术语及概念自动控制装置由放大变换部件,反响比较部件,控制指令生成部件,执行部件,校正装置组成.1)自动控制就是在没有人直接参与下,利用控制装置

2、使被控对象自动地按预订的规律运动的一种控制.2)自动控制系统的组成:自动控制系统由被控对象和控制装置组成.3)控制的目的是使被控对象的输出能按预定的规律运行,并到达预期的目的4)控制系统的根本特征:控制系统中各个组成部件之间存在着控制和信息的联系.2、三种控制方式的原理及特点1)闭环负反响控制: 信号在系统呈现往复循环的闭环流动,系统承受偏差信号并用偏差信号产生控制作用.其优点是控制精度高,缺点是较复杂.2)开环控制:信号从输入到输出单向传递,只承受输入(或干扰)信号并以此产生控制作用.优点是控制方式简单,缺点是精度低.3) 开闭环组合的复合控制:具有以上两种控制的优点.第二章 控制系统的数学

3、模型一.教学要求 1.理解拉氏变换的概念,熟记典型信号1(t), eat, d(t) 的拉氏变换.2.理解传递函数的定义及其性质,能从微分方程及动态构造图求相应的传递函数,熟记几种典型环节的微分方程及传递函数.3.理解动态构造图的概念及特点,会由微分方程组画出系统的动态构造图.4.熟练地掌握构造图变换的根本法那么，能针对常用的系统构造图进展等效变换，求出给定输入与输出间的传递函数。5.熟练地利用局局部式展开法对无重根的拉氏变换进展反变换,熟练地用拉氏变换求解线性方程组。6.熟悉闭环特征方程、特征根、传递函数的零、极点。二.说明数学模型是一种数学抽象,采用数学模型可以便于在理论上研究自动控制系统

4、的一般属性.1、由微分方程画动态构造图是必须掌握的内容,具体步骤为:1)在已建立系统微分方程条件下,对微分方程进展零初始条件下的拉氏变换2)对变换方程组的一个子方程能够用构造图的有关符号画出图来.3)将系统的输入变量置于最左端,输出变量置于右端,且按系统各变量的传递顺序,依此将各元件构造图中一样的量连接起来,可得到系统的构造图.2 、动态构造图变换的法那么动态构造图也是描述系统的一种数学模型,它能形象地直观地表示信号在系统中的传递关系及过程.它由信号线.综合点.引出点和表示传递环节的方框组成.动态构造图变换的法那么是变换前后要等效.3、传递函数定义:线性定常系统在零初始条件下,输出的拉氏变换与

5、输入拉氏变换之比.典型传递函数主要有:放大(比例)环节:G(s)=K惯性环节:G(s)=1/(Ts+1)微分环节:G(s)=ts积分环节:G(s)=1/ Ts振荡环节:G(s)=传递函数的零点是传递函数分子多项式方程的根;传递函数的极点是传递函数分母多项式方程的根. 同一系统对不同输入与输出的闭环传递函数不同,但各闭环传递函数的分母一样,即闭环特征方程一样,极点一样.第三章 时域分析一.教学要求1.明确稳定性的概念及含义掌握判别系统闭环稳定性的充分必要条件,熟练运用罗斯判据判别系统的闭环稳定性及确定使系统闭环稳定的参数范围,明确系统开环放大倍数K对系统稳定性的影响.2.结实掌握一阶系统的数学模

6、型及典型响应的特点,能熟练计算系统的性能指标.(d%,ts)3.结实掌握二阶系统的数学模型及阶跃响应的特点,能熟练计算欠阻尼状态下的性能指标.(d%, ts ,tp ,tr ,wn)4.正确理解稳态误差的定义及终值定理的使用条件,能熟练地利用终值定理计算稳态误差及用静态误差系数求取控制信号作用下的稳态误差,明确0II型系统与稳态误差的关系.5.掌握构造不稳定的概念,熟练干扰引起的稳态误差与系统构造的关系.6.正确理解主导极点与偶极子的概念及使用条件,了解系统极点的分布与阶跃响应性能的关系.二 说 明1.稳定系统指扰动作用消失后,由初始偏差状态恢复到原平衡状态的性能.2.系统稳定的充分必要条件是

7、:系统的闭环特征方程的所有根都有负实部,即系统的传递函数的极点都位于根平面的左侧.3.劳斯判据:劳斯行列式左边第一列所有元素均为正值,即所有特征根都位于S平面的左侧.假设第一列元素出现负值,系统不稳定,且元素符号改变的次数等于特征根方程右根的个数.由稳定判据可判别系统闭环稳定性也可以确定使系统闭环稳定的参数范围,但是有些系统无论怎样调节参数,系统都无法稳定,该系统称构造不稳定系统.稳定是系统正常工作的首要条件,是求系统稳态误差的前提,故判别稳定性必须掌握.4.稳态误差误差的定义、稳态误差的定义5.稳态误差的计算:1)用终值定理计算稳态误差:第一步:判别系统稳定性,只有稳定性才有稳态误差.第二步

8、:求误差的传递函数E(s).第三步:用终值定理计算稳态误差2)用静态误差系数计算输入信号作用下的稳态误差.对于单位反响系统在输入信号作用下的稳态误差可以根据系统的型号和输入信号形式按公式直接求出,当然系统前提稳定.6.一阶二阶系统阶跃响应性能指标一阶系统阶跃响应性能指标: 系统(欠阻尼状态)阶跃响应性能指标:峰值时间、上升时间、超调量7.偶极子,主导极点及根的分布与动态性能的关系.偶极子:指一对靠的很近的零点和极点.主导极点:指离虚轴最近并且在它附近不存在零点的,对系统动态性能影响最大起决定性控制作用的极点.第 四 章 频率法一.教学要求 1. 理解频率特性的物理意义、定义及其数学本

9、质，能运用定义对系统在正弦信号作用下的稳定输出进展计算和对构造参数进展换算。2. 熟记典型环节频率特性的特点及计算式，如放大、惯性、微分、积分、二阶振荡环节。3.熟练掌握绘制系统开环对数频率特性曲线的方法。4.熟练掌握由对数频率特性曲线反求传递函数的方法及确定开环增益K。5. 理解乃奎斯特判据的理论证明并能熟练判别系统的稳定性。6. 了解稳定裕度并会用图解法和解析法计算稳定裕度。7.了解三频段概念(低频段 中频段 高频段)。第 五 章 稳定性分析已合并到第三章第 六 章 根轨迹法一.教学要求 1. 开环零、极点和闭环零、极点以及主导极点、偶极子等概念。2

10、.理解闭环控制系统的稳定性由闭环极点唯一地来确定,系统的动态性能与闭环极点在s平面上的位置密切相关,其零点只影响响应曲线的形状。3.理解和熟记根轨迹方程(即模方程和相角方程)。4. 结实掌握根轨迹法那么，熟练运用法那么绘制根轨迹。5. 了解闭环零、极点分布和系统阶跃响应的关系。6.一般了解参数变化对根轨迹的影响。二 说 明本章应学会运用法那么绘制根轨迹并求出特征点的参数为重点。绘制根轨迹的一般规那么：规那么一:根轨迹在s平面上的分支数等于闭环特征方程的阶数,即分支数与闭环极点的个数一样.规那么二:根轨迹的对称性与连续性闭环极点假设为实数,那么必位于实轴上;假设为复数,那么一

11、定是共轭成对出现,故根轨迹必然对称于实轴.规那么三.根轨迹的起点与终点 根轨迹的起点对应k=0,终点对应k=¥,假设开环零点数m小于开环极点数n,那么有(n-m)条终止于无穷远处.规那么四.实轴上的根轨迹在s平面实轴上存在根轨迹的条件是: 在这些区段的右侧,开环零点与极点的数目之和为奇数.规那么五.根轨迹的渐近线规那么六:集合点(或别离点)的坐标规那么七:根轨迹的起始角与终止角 起始角:起始于开环极点的根轨迹在起点处的切线与水平线正方向的夹角终止角:终止于开环零点的根轨迹在终点处的切线与水平线正方向的夹角。规那么八：根轨迹与虚轴交点根轨迹与虚轴交点,说明闭环极点中有一局部为于虚轴,即

12、系统特征方程含有纯虚根s=jw,将其带入特征方程1+G(jw)H(jw)=0Re1+G(jw)H(jw) =0Im1+G(jw)H(jw)=0由方程组解出w的实数值,它就是根轨迹与虚轴交点坐标.规那么九:根之和随K值的增大,闭环某些根在s平面向左移动时,其它根必定向右移,以使根之和保持不变,故用此规那么可判断根轨迹的走向。第 七 章 控制系统的校正一.  教学要求 1.理解串联超前、滞后、滞超校正的电路特性及对系统的作用。2.掌握运用三频段概念分析、判断校正装置对系统的影响。3.了解计算串联校正装置传递函数的一般步骤。4.了解反响校正的特点及其作用。5.了解两种复和控制的特点。第八章

13、 控制系统的状态空间表达式现代控制理论使用的系统数学模型是状态空间表达式，本章是线性定常系统状态空间表达式的建立。本章要求：1.掌握的概念：状态变量、状态方程、输出方程；状态变量、状态模型的不唯一性；非奇异线性坐标变换对系统根本性能特征值、传递函数的影响。2.掌握建立电气系统、机械系统的状态空间表达式的方法。3.重点掌握由系统方框图和传递函数建立状态空间表达式的方法；由状态空间表达式求传递函数。线性控制系统的可控性和可观测性可控性和可观性是因使用反映系统内部构造特征的状态变量来描述系统而产生的概念，系统可控性反映了控制输入对所有状态的控制能力；系统可观性是指系统输出对所有状态的反映能力。系统可控是系统所有状态可控，系统可观是所有状态可观；一个状态可控是指这个状态受控制输入支配，一个状态可观是指系统输出包含这个状态的信息。系统可控是进展最优控制的前提，系统