自动控制原理-5PPT文档

实验一、阅读书：1-5节，学习MATLAB的相关知识及应用。实验二、运用MATLAB完成传递函数的表示与求解阅读书：2-5节(用printsys或simplify(G)函数显示必要的结果)1、自行设计并画出一个包含串联、并联、局部反馈以及主反馈的自动控制系统结构图，设定每个环节的传递函数(至少要包括除延迟环节之外的5种基本环节)，并编程实现结构图总传递函数的表示和求解（要求有引出点移动或比较点移动等效）；2、针对实验内容1得到的传递函数（1）写出多项式形式或零极点形式；（2）完成多项式形式与零极点形式的相互转换。【注】1）程序源代码的每一行应有行注释；2）依据创新值、专业知识和相应的贡献值，说明团队（上限3人）每位同学的分工、贡献与排序。3）提交截止日期4月3号；提交邮箱：3386629308@复习•闭环系统的传递函数•概念：时域分析法上升时间tr峰值时间tp超调量σ％调节时间ts动/稳态过程动态性能指标-----稳态性能指标——稳态误差ess结构图闭环传递函数(s)1Ts1t•一阶系统的时域分析——-c(t)1eT内容提要：•一阶系统的时域分析举例•二阶系统的时域分析与性能改善阶跃响应t3T/4T动态性能指标s5%2%tr2.2T下一节内容概要：高阶系统的时域分析稳定性分析/稳态误差计算例3.2-1已知图示单位反馈系统的单位阶跃响应c(t)1eat试求:1)单位脉冲响应2)系统传递函数ф(s)3)前向通路传递函数G(s)asa(s)aG(s)1(s)sdatatgtctetae()()(1)1()dt例3.2-2某温度计插入温度恒定的热水后，其显示温度随时间变化的规律为tc(t)1eT实验测得当t=60s时温度计读数达到实际水温的95％，试确定该温度计的传递函数。1ts3T60(s)5%20s1例3.2-3设系统传递函数G(s)=现采用负反馈方式，如图所示，欲将系统的时间常数减小到原来的0.1倍，且保证原系统增益不变，试确定参数Ko和KH的取值T0.2K10Gs()()sK00.21()KGsH10K0110KH110KH0.0210K0110KHKH0.90.2110sK10K0H0.2s110K10110KOH数学模型阶跃响应动态性能3-3二阶系统的时域响应一、数学模型结构图开环传递函数G(s)Ks(Tms1)GsK()n2闭环传递函数()s2221()GsTssKms2nsn术语无阻尼自然振荡频率阻尼比22Kn1Tm特征方程2TmKs2nsn0特征根s1,2nn21阻尼比、特征根与零极点图s1,2nn211过阻尼状态s1,2nn211临界阻尼状态s1,2nn01欠阻尼状态s1,2njn12sj名词：衰减系数n1,2d2阻尼振荡频率dn10无阻尼状态s1,2jn阻尼角βcos二、单位阶跃响应2n1C(s)(s)1(s)22s2nsns•无阻尼系统（ζ=0）n211sCs()2222ssnssnc(t)1cosnt•临界阻尼（ζ=1）n21n1C(s)22s(sn)s(sn)snc(t)1(nt1)ent•欠阻尼系统（0<ζ<1）C(s)(s)1(s)n21s22nsn2s1s2ns(sn)2n2(12)1sdets(s)2d2d(s)2d2121c(t)1etcostetsint1et(costsint)tdddd12d1e(12costsint)2dd•包络线收敛速率取决于σ（极点到虚轴的距离）•响应的阻尼振荡频率取决于ωd（极点的实轴的距离）11etsin(t)12d•过阻尼系统（ζ>1）T1>T2n21C(s)(s)1(s)22s2nsnss1,2nn21121设s1nn1T1nTTs121122T2nnT1T21T1T22T1T22T1T21Cs()TT12111()()ss11sTsTss(1)(1)12TT12ttT1T1T2T2c(t)1eeT1T2T1T2二阶系统响应特点1、=0时，等幅振荡；2、0<<1时，越小，振荡越严重，超调越大,衰减越慢；3、=1时，处于衰减振荡与单调变化的临界状态；4>1时，越大，曲线单调上升过程越缓慢；在一定下，欠阻尼系统比临界阻尼系统更快达到稳态值；过阻尼系统反应迟缓，故一般二阶系统都设计成欠阻尼系统(取(0.4~0.8))判断正误在聊天区的答复模式（实名+）按题排序的T/F1、传递函数是系统输出的拉氏变换和输入的拉氏变换之比。2、信号流图既适用于线性系统也适用于非线性系统。3、梅森公式既适用于信号流图也适用于结构图。4、开环传递函数等于1的系统为单位反馈系统。5、一阶线性系统的时间常数越大，则系统的响应速度越快。6、一阶线性系统为惯性环节。三、动态过程分析特征参量阻尼比对系统响应具有决定性的影响自然频率1、欠阻尼系统（0<ζ<1）tec(t)1sin(dt)1)上升时间12阶跃响应从零到第一次达到稳态值的时间etrtc(tr)1sin(dtr)112drtrd2）峰值时间阶跃响应由零上升到第一个峰值所需的时间etdc(tp)c(t)1sin(dt)012dtdc(t)etetttp2sin(dtp)d2cos(dtp)011dtsin(t)0tpdpdtrdetc(t)12sin(dt)3）超调量1超调量发生在ttp时刻，将ttp代入teptp12c(tp)12sin()1e1e1c(tp)c()12%100%e100%c()4）调节时间tsec()c(ts)2sin(dts)0.05(或0.02)t1es0.05113.52ts(ln0.05ln)1120.02114.4（0.3<ζ<0.8）ts(ln0.02ln2)1讨论动态性能、系统参数及极点分布之间的关系系统极点远离虚轴，按图示圆弧轨迹移动系统极点按图示的射线轨迹移动KnTm12TmK系统极点按图示的垂直线移动2、过阻尼系统（ζ>1）n111T1T2T1T21T1T2C(s)(s)1(s)(T1s1)(T2s1)sT1Tt1T2Tt22T1T22T1T2c(t)1eeT1T2T1T2ct()0.95tsf(T1)x()调节时间sTT12查图法1,T1T2ts4.75T15%2上升时间11.5trn若T1>4T2,则称-1/T1为主导极点tT1T1c(t)1eT1T2例3.3-1控制系统结构图如图（1）当开环增益K=10时，求系统的动态性能指标;（2）确定使系统阻尼比ζ=0.707时K值.(1)K10nTm10.52TKm23.5tp20.363%e1100%16.3%ts5%0.7n1n(2)K=5例3.3-2系统结构图和单位阶跃响应如图所示试求K1,K2,aKK12K1n2()s222sasKss22nnK1n21Csss()()1()22sss2