石群自动控制原理视频教程课件

1、. 专业资料整理分享 完美WORD格式编辑 轻松创造未来！.石群系列视频教程之自动控制原理视频教程网址：石群个人主页：QQ联系方式：石群自控1：1318622751石群自控2：1669076449 石群自控3：2369972939石群自控4：2578365035说明：目前自控1好友已满、自控2好友已经很多。如果学员 .石群自动控制原理视频教程内容清单、购买操作步骤、附加说明各位学员：您好！欢迎您购买最详尽的、最实用的、按照考 研标准讲授的自动控制原理视频 教程。此系列视频教程全部由清华大学博士石群老师亲 自讲授,已经多年在多家考研辅导机构得到广XX 学的一致好评。.石 群清华大学工学博士控制科

2、学与工程 东北大学工学硕士控制理论与控制工程主讲课程 自动控制原理现代控制理论 数字电子技术单片机、PLC、DSP.教程内容一、免费部分0石群自动控制原理 石群自动控制原理第1讲至第10讲免费 .二、收费部分石群自动控制原理第7章第41讲至第50讲100元 石群自动控制原理第8章第51讲至第62讲120元 石群自动控制原理第9章第63讲至第80讲153元 石群自动控制原理考点等级15元注：教程内容会持续更新,例如考研真题、 其它课程等,欢迎关注！.购买步骤：在/stones注册一个免费 账户。点击知识库即可看到全部课程,选择欲购买的 课程,点击立即购买。用网银、支付宝等付款后,在我的账户中可立

3、即观 看视频教程。.第一章自动控制的一般概念1-1自动控制的基本原理与方式1-2自动控制系统示例1-3自动控制系统的分类1-4对自动控制系统的基本要求1-5自动控制系统的分析与设计工具.1-1自动控制的基本原理与方式无人直接参与机器、设备或生产过程的工作状态或参数自动实现某种规律运行经典控制：单输入、单输出现代控制：多输入、多输出反馈控制思想的精髓,知己知彼.件；恒定；回收反馈控制又称为闭环控制测量元件给定元件比较元件放大元件执行元件校正元件.基本控制方式反馈控制系统闭环控制系统开环控制系统按给定控制、按扰动控制复合控制系统常用术语控制系统ControlsystemInput偏差信号Error

4、signal控制器Controller控制量,也称操作量 Controlsignal控制对象Controlplant扰动Interaction系统输出,也称被控量Systemoutput.复合控制系统偏差扰动.1-2自动控制系统示例函数记录仪原理图.函数记录仪方框图.飞机自动驾驶仪系统原理图给定电位器飞机自动驾驶仪系统方框图.给 定 装 置放 大 器机给 定 装 置放 大 器机机.电阻炉温度微机控制系统.锅炉液位控制系统原理图.锅炉液位控制系统方框图.1-3自动控制系统的分类线性定常连续系统包括：恒值控制系统随动系统,包括伺服系统程序控制系统.2线性定常离散控制系统mn.a0ca1cknan1

5、canc.b0rb1 rkmbm1rbmr.r：输入采样序列。c：输出采样序列总结：1、2线性系统具有齐次性、叠加性。3非线性控制系统系数与变量有关.d2 yydyy2 r.dt 2dt1-4对自动控制系统的基本要求.由系统结构决定。 动态暂态特性。 静态稳态特性。.典型外作用信号回顾：1阶跃信号2斜坡信号3脉冲信号4正弦信号1阶跃响应2冲激响应3正弦响应4八一拆分.1-5自动控制系统的分析与设计工具Matlab草稿纸式编程语言良好的人机界面结论可做一定等级的理论论据Simulink工具箱.第一章作业1.思考题1-1 讨论液位自动控制系统原理图,方框图2.判断系统类型1-10.1.思考题原理图

6、、方框图1-1控制器.Q1浮子c减速器用水开关Q2电动机SMif.给定实际伺服电动机 与减速器浮子杠杆电位器阀门水箱液位液位伺服电动机 与减速器浮子杠杆电位器阀门水箱.2.判断系统类型1-10r入、c出.c 5r2td2 r非线性 时变系统.dt2.d3c3d2c6dc8cr线性定常系统.dt 3dt 2dt.tdcdtcr 3drdt线性时变系统crcost5非线性 时变系统c3r6drdtt5r线性定常系统cr2 非线性 定常系统c0rtt 6t 6线性延迟系统.第二章控制系统的数学模型2-1控制系统的时域数学模型2-2控制系统的复域数学模型2-3控制系统的结构图与信号流图2-4控制系统建

7、模实例.预备知识2-1时域数学模型预备知识1.电容.11Cducdt1uc Cdt.uL L diLdtiL LuL dt1dF.F kxkvdtvkdt.4.阻尼器不储存能量,吸收能热能平动阻尼器.F kv kdyK：阻尼系数 F：阻尼力 y：位移旋转阻尼器T kddtK：阻尼系数 ：旋转角速度 ：旋转角度 T：阻尼力矩.5.牛顿定律dxdvd2 x.F mava dtdt2.6.电机电枢电流 电磁转矩uaia.电枢回路电压平衡方程dia .ua Raia EadtEaCem,与ua反向。.电机转矩系数CmMmMmCmia.电动机和负载折合到电动机轴上的两个变量：粘性摩擦系数fm转动惯量 J

8、m电动机轴上的转矩平衡方程：.Jdm mdtfmmMm Mc电动机转速m折合到电动机轴上的总负载转矩Mc.7.机械齿轮.转速2齿数 Z1Z2半径 粘性摩擦系数f1f2转动惯量J1J2原动转矩Mm负载转矩M1M 2Mc.齿轮传动：线速度相同；传送功率相同；齿数与半径成正比。.MZ1Z2齿轮运动方程：J1dtM1Mm.Jd2 J2f22McM2.8.测速发电机.输入输出u.u u .9.运算放大器虚短虚断实际运放理想运放反相接法同相接法加法接法减法接法.线性系统重要性质：叠加原理。齐次性,也称为均匀性叠加性数学模型：线性定常微分方程。 例如：.dncadn1cdc .0dtn1dtn1an1dta

9、nctbdmrdm1rdr .0dtm1dtmdtbmrt.dn ydn y sndtnyyhyp.一阶：dydty 0s0yhKest二阶：d2 ydt2dydty 0s20.12 4a1s1102s1011,22 s1102s1011,22 1,2aa1,2aa2 4aaj4aa2.二阶齐次通解.0yhK eK ests2tKest2Kest0yhK2te0yhet.非线性模型的线性化非线性元件线性元件切线法、小偏差法.泰勒级数展开.y ffdf.0dxx00.21 df22.dx2x00.当很小时：y yf f df.00dxx00yKx.二阶小偏差线性化二阶泰勒级数展开二阶小偏差线性化

10、.y f.f x,x,x2x,x,x.12 2.x2,x20110,x20110220.1222 .2x22,x20220略去2阶及更高阶.线性化增量关系.运动的模态n阶微分方程,n个特征方程根：.无重根,.模态振型et,e2t,ent齐次通解yce1tce2tcent.o12n多重根模态振型tet,t2et.运动的模态n阶微分方程,n个特征方程根：.共轭复根j共轭复模态振型etet.实函数模态1齐次通解1sintcost.22y y c sin t ccost.补充知识拉普拉斯变换补充知识.时间域拉普拉斯变换复频域.FsF ft0f estdt1线性性质.f1f2.LLaf1 bf2 f1f

11、2.拉普拉斯变换2微分定理.F fdfsFf.dt2.df s2Fsff |.dt2.ndfnsnFsnfsn 2f|f n.d n fd n fdtn snF.f f |f 0.拉普拉斯变换L f dtL f dt1sF 1sf .F fLf 21s2F1s2f 1sf Lf n 1snF 11L1L f n Ff 1snsnff f f 0.拉普拉斯变换4初值定理f f limflimsFt0st0st s0lim lim f lim sF.拉普拉斯变换FFfe0 sF fLeat Leat f Ft.F ffaaF.拉普拉斯变换8卷积定理.ttttf1f2.12 01tf2 01f2tt

12、t卷积tt11t f2t01tf2 0f1f2d.拉普拉斯变换其它常用变换f00e0 sF,00tfdFdsftsFdseatfF.常用拉普拉斯反变换1 1s aeat1s1s2 2sin1s2tss22cost1sntn1n1ntneat!.例：实际系统mn.Bbsmbsmbs b.F 01m1m.1A1sna snananmF mBb0sb1smbm1s.AA=0无重根.F .cBicBilimFiS Sssiif LFs s snis . ince inces tii.例：实际系统mnA=0有r重根s1.F Br.crs scrrs scr1s scns s.1111limFrc1rli

13、mdr r F.1r1ncr j11r1ncr j1sslimddsjr F11!sdsr1.系数cr1,cn计算方法按照无重根系数求解方法。.rc1r!21ncrc1r!21nces tiiir.ctr ctr rtr2c tc s t.2-2复域数学模型.经典控制理论频率法 根轨迹法.传递函数线性定常系统传递函数传递函数定义：零初始条件下,系统输出量的 拉氏变换与输入量的拉氏变换 之比。.n阶线性定常系统.dncadn1cdc .0dtn1dtn1an1dtanctbdmrdm1rdr .0dtm1dtmdtbmrt.零初始条件.na0snnasasan1sanCmsmm1bsbsbm1s

14、R.由定义得传递函数：.GCmnmmn1sM.RsanN.传递函数性质分母阶次高,mn且所有系数为实数只取决于系统或元件的结构和参数n.零初始条件时,不可约分dsndtn.拉氏反变换G是脉冲响应g.b s z b ma njG G 012m K i 012n.零点 zi m常用表示极点p j 常用 表示.传递系数或根轨迹增益Ka0.根轨迹表达形式.频率法表达形式.G2s22222sis.anss1Tj s.一次因子对应：实数零极点二次因子对应：共轭复数零极点时间常数：i和Tjm.传递系数或增益：Why?代入s=0K Kinj.传函零、极点对输出影响.GC6s ete2t.R.re5tRss 5

15、零初始条件cL1C 9re0e5t12rete2t.11传函零点不形成自由运动模态11传函零点影响各模态在响应中的比重传函零点和极点距离较近时,彼此的作用 被削弱.典型元部件的传递函数电位器 线位移、角位移电压例：角位移电位器.uK1 Emax.传递函数方框图.GUK1.误差检测器2个相同的电位器.uu1u22传递函数GU.负载效应负载效应接有负载时产生的影响Ru ERRpRpp.RpRRp.E.Rp.maxmax.测速发电机.uKt Ktddt零初始条件下,U直流型交流型U.传递函数为：GKtGKts.方框图为：.电枢控制直流伺服电动机Gm Km.电枢电压ua转速m Uas1GmKc.负载扰

16、动转矩Mc转速mtmMcs1ddtms.两相伺服电动机机械特性的线性化方程：MmMsdMm.m角速度m阻尼系数MsEdm.sMsCmuaCm E额定值.传递函数G传递函数G m Ua Kms1传递系数传递系数Km Cm时间常数 Jm.无源网络RLC元件 先列写微分方程,然后在零初始条件下进行 拉氏变换,求解传递函数。 引用复数阻抗直接列写代数方程,求解传递 函数。 一般情况,假设网络输出端为无穷大负载阻 抗,输入内阻为零,否则考虑负载效应。.单容水箱Kuu 2ghhR R .dVdtAdhdtRAdhhRuTdhdthKu.GsGHUKTs 1.电热丝两端电压u电热丝质量M电热丝两端电压u电热

17、丝质量M加热前、后温度比热C传热系数H传热面积A单位时间产生热量Qi.MC d MC d HAdt1HATdTdtKu.G G T UKTs 1.有纯延迟的单容水箱.产生后,经过时间dt,液面才变化。.Tdhh.传递函数：零初始条件下 液面高度变化量对电位差变化量.GH Kes.UTs1.双容水箱输入量：11号阀开度变化输出量：2QQQ.1212Q Q QCdt22C2111Rdt1R2R2R222KuTRCTRC.12dt212dt2111222.传递函数GH2U2s2s1.如果输出量和输入量之间有延时.G2s2Kses1.2-3控制系统的结构图与信号流图重点掌握结构图的绘制和化简方法理解根

18、据数学模型绘制结构图掌握信号流图的绘制及其传递函数求 解方法.C GR.例2-12.同一系统方框图不唯一！结构图绘制：同一系统方框图不唯一！号表示相加方框前后画乘积关系较容易,常以电流信号为主线列拉氏变换方程组,各个方程根据信号流向连接画 信号线,有时需选择引出点增加或变更信号线P47表2-1结构图简化等效变换规则重点掌握例2-14、2-15、2-16分子：前向通道乘积分母：1+负反馈回路乘积-正反馈回路乘积信号流图节点标志系统的变量。支路增益而变换为另一信号。信号在支路上只能沿箭头单向传递。是唯一的。.信号流图源节点输入节点：只有信号输出,无输入。阱节点输出节点：只有信号输入,无输出。混合节

19、点：既有输入支路,又有输出支路。 前向通路：当信号从输入节点至输出节点传递时,每 个节点只通过1次的通路。 回路单独回路：起点和终点是同一节点,而且信 号通过每个节点不多于1次的闭合通路。回路增益：回路中所有支路增益的乘积。不接触回路：之间没有公共节点的回路。.信号流图源节点输入节点阱节点输出节点 混合节点前向通路回路单独回路回路增益 不接触回路.绘制信号流图根据系统微分方程绘制拉氏变换根据系统结构图绘制 带有增益的方框信号流图支路 结构图中节点分类明确：引出点、比较点信号流图节点分类模糊：混合节点相当于结构图中的比较点 信号流图中的难处：不容易表达引出点的含义例2-17.由结构图绘制信号流图

20、思考：如何求解XX2 ？那么,2a对吗？.X1X1No no no no no! a1d.11X 21p11d.X11degbcgdeg对于X 2aX1就对了！如果且,则：此外,如果,则：2-4控制系统建模实例略阅读并理解：例2-24、2-25数学模型实验测定法时域测定法频域测定法统计相关测定法.数学模型拟合法系统辨识s.有延迟的一阶惯性环节有延迟的二阶惯性环节GGKeTs 1Kes.GKes.1n.有延迟一阶惯性环节拟合近似法.K yy.u.GKes.Ts 1.P64习题第二章作业2-22-72-92-112-172-182-19.第三章线性系统的时域分析法3-1系统时间响应的性能指标3-2

21、一阶系统的时域分析3-3二阶系统的时域分析3-4高阶系统的时域分析3-5线性系统的稳定性分析3-6线性系统的稳态误差计算3-7控制系统时域设计.3-1系统时间响应的性能指标动态性能与稳态性能动态性能 阶跃输入对系统来说是最严峻的工作状态。 如果对于阶跃输入,系统的动态性能满足要求,那么系统在其它形式输入时,动态性能通常仍能满足要求。稳态性能 描述稳态性能的一种性能指标是稳态误差。通常在阶跃函数、斜坡函数或加速度函数作用下计算。3-2一阶系统的时域分析单位前向的转换？.3-3二阶系统的时域分析ttt.延迟时间td欠阻尼二阶系统单位阶跃响应：.h1112entsint 0令：h0.5.方程求解困难

22、,利用曲线拟合法,在较大 有：范围内,.td1 n2当01时,可近似为：1.tdn过阻尼二阶系统的阶跃响应动态过程.1延迟时间td2上升时间trtd1 n2tr 12.ntr与n的关系.过阻尼二阶系统的阶跃响应动态过程3调节时间ts.1s2sn2n1,即1ts ts与的关系%第2个零点坐标是什么？ %.阴影面积：tp阴影面积：0ktdtph1pp设二阶系统运动方程为a0c |a2cb2r.考虑初始条件,拉氏变换为|.C Ra0csc .0as20a2as2a20若a20,则2c c| .nC nR nn.ns2ns2s2s2式中na2c.3-4高阶系统的时域分析3-5线性系统的稳定性分析nii

23、a2nsisji, j.i janan.3asisjskn.0i,j,ki.ijk.i0.对于n 4 的线性系统.n 2：特征方程的各项系数为正。.n n 3：特征方程的各项系数为正,且 a0a30nn4：特征方程的各项系数为正,且2 2 a a a a0 a2aa12032143赫尔维茨稳定判据缺点：12032143阶次越高,计算量越大。高阶时,应用不方便。3-6线性系统的稳态误差计算想想：看看是否有其它 的方法求kp kvka?一直算到一直算到r的某阶导数为零！3-7控制系统时域设计略本节内容在本课程对应的实验课环节讲授理论分析：动态、稳态。MATLAB仿真第三章作业.3-23-43-63-73-93-133-15.第四章线性系统的根轨迹法4-1根轨迹法的基本概念4-2根轨迹绘制的基本法则4-3