控制工程基础应掌握的重要知识点

控制工程基础应掌握的重要知识点控制以测量反馈为基础，控制的本质是检测偏差，纠正偏差。自动控制系统的重要信号有输入信号、输出信号、反馈信号、偏差信号等。输入信号又称为输入量、给定量、控制量等。自动控制按有无反馈作用分为开环控制与闭环控制。自动控制系统按给定量的运动规律分为恒值调节系统、程序控制系统与随动控制系统。自动控制系统按系统线性特性分为线性系统与非线性系统。自动控制系统按系统信号类型分为连续控制系统与离散控制系统。对控制系统的基本要求是稳定性、准确性、快速性。求机械系统与电路的微分方程与传递函数拉普拉斯变换：1T1 t1T1 tT丄 1t2T-1SS2 2S3oS2+02cosottsS2+02e-atf(t)tF(s+a) f(t一T)te-tsF(s)在零初始条件下,f(n)(t)TSnF(S)在零初始条件下f(-n)(t)TF(S)Snlimf(t)=limSF(S)tT8 ST0拉普拉斯反变换拉普拉斯变换解微分方程传递函数是在零初始条件下将微分方程作拉普拉斯变换，进而运算而来,传递函数与微分方程是等价的,传递函数适合线性定常系统。

典型环节传递函数：比例环节K 惯性环节TS\1 积分环节1 微分环节STS+1 S一阶微分环节tS+1 振荡环节(在2 或TT2 n 2)T2S2+2©TS+1S2+2®nS+二阶微分环节T2S2+2©tS+1传递函数框图的化简R(S)B(S)闭环传递函数开环传递函数误差传递函数G(S)=R(S)B(S)闭环传递函数开环传递函数误差传递函数G(S)=竺=G(S)R(S)1+G(S)H(S)Gk(S)=G(S)H(S)kG(S)=E(S)ER(S)闭环传递函数是输出信号与输入信号间的传递函数。误差传递函数又称偏差传递函数，是偏差信号与输入信号间的传递函数。系统输出信号称为响应，时间响应由瞬态响应与稳态响应组成。系统的特征方程是令系统闭环传递函数分母等于零而得。特征方程的根就是系统的极点。

一阶惯性系统G（S）一阶惯性系统G（S）=黑R（S）特征方程为：TS+1=0=tsti的单位阶跃响应:特征方程的根（即极点）单位阶跃信号r（t）=1c(t)=1-e-tT斜率T%59%5^080.632%59%5^080.632系统进入稳定状态指响应C（t）进入并永远保持在稳态值c（-）的允许误差范围内，允许误差常取2%或5%调整时间备3T,A=±5%t=Vs4T,A=±2%二阶振荡系统：G(S)=TOC\o"1-5"\h\zC(S) 1 ®2二阶振荡系统：G(S)== = n R(S)T2S2+2©TS+1S2+2®S+®2n n无阻尼自由振荡频率3n阻尼比匚\o"CurrentDocument"特征方程为：S2+2匚3S+32=0n n特征方程的根（即极点）为：0“V1（欠阻尼），S=弋3±j3oW,—对复极点1,2 n n匚=1（临界阻尼）,S=一匚3=-3，两相同实极点1,2 n n匚〉1（过阻尼）,S=一匚3±3/2-1,两不同实极点1,2 nn匚=0（无阻尼），s=±j3，一对虚极点y0,系统振荡会越来越大，不能用1,2 n

0v©v1(欠阻尼)，具有振荡特性的二阶统应工作在此状态匚g(0・4,0・8)好，最佳"2=0・707,匚过小则振荡厉害过大则响应慢2极点S = 土j®1一匚2=一4土j®,为一对复极点1,2 n nF nd有阻尼自由振荡频率/=®-匚2dn'单位阶跃响应c(t)：

5最大超调量g=ei-匚2x100%p ,A=±2%调整时间ts叫3n—,A=±5%Ain系统稳定的充要条件是系统特征方程的根（极点）全部具有负实部。劳斯稳定判据，劳斯计算表稳定的充要条件是劳斯计算表的第一列各项符号皆为正。第一列各项符号改变的次数就是正实部根（不稳定根）的个数。误差（偏差）E（S）的求法，稳态误差e=lime（t）=limSE（S）ss ST01系统按开环（即系统内部）积分环节1的个数A=0,1,2分别称为0型、SI型、II型系统。稳态误差e表（P73表3-1）ss对数频率特性图（Bode图）包括对数幅频图与相频图。比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、一阶微分环节、振荡环节、二阶微分环节的Bode图（L（o）=201gA（»）、））G(s)=G(s)・GC)…G(s)TOC\o"1-5"\h\z1 2 r频率特性G(jo)=G(jo)-G(jo)—G(jo)1 2 rA(o)=A ••A(o)1 2 rL(o)=L(o)+L(o)+…+L(o)12①(o)=①O+①O ①(o)12相频机3):kt)=0Ste@)=-90° ste(®)=90°S1TS—Jte@)=-arctanTo tS+1t©(s)=arctan咖高阶系统Bode图的绘制最小相位系统指开环传递函数的零点和极点不处在复平面右半部的系统，即开环（系统内部）由K、1、tS+1、 ・、T2s2+2住S+1和T2S2+2型91TS+1S TSTS+1构成的闭环系统。对于最小相位系统闭环稳定的充要条件是：开环Bode图穿越频率3cV3g3:L（3）穿越0dB线时对应的频率；c3W（3）穿越-180。线时对应的频率。g对于最小相位系统，开环Bode图上3=处，少（3）应在-180°线上方，闭环才稳定。相位裕度y=）—（—180。）=180。+）c c自控系统设计时常取丫