自动控制原理知识点总结

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1/7自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制?(填空)自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空)开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念?开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。闭环控制:控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用,而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。主要特点:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点?(分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。)4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断)(1)、稳定性:系统受到外作用后,其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力(2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的(3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值sse来表征的第二章1.控制系统的数学模型有什么?(填空)微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立?(1)、确定系统的输入变量和输入变量(2)、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组(3)、消除中间变量,将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边,与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质?认真理解。(填空或选择)传递函数:在零初始条件下,线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变2/7换之比4.七个典型环节的传递函数(必须掌握)。了解其特点。(简答)典型环节传递函数特点比例环节KsRsCsG输出不失真、不延迟、成比例地复现输入信号的变化,即信号的传递没有惯性惯性环节1KGTssRsCs其输出量不能瞬时完成与输入量完全一致的变化积分环节s1GTsRsCs输出量与输入量对时间的积分成正比。若输入突变,输出值要等时间T之后才等于输入值,故有滞后作用。输出积累一段时间后,即使输入为零,输出也将保持原值不变,即具有记忆功能。只有当输入反向时,输出才反向积分而下降。常用积分环节来改善系统的稳态性能微分环节TsGsRsCs输出与输入信号对时间的微分成正比,即输出反映输入信号的变化率,而不反映输入量本身的大小。因此,可由微分环节的输出来反映输入信号的变化趋势,加快系统控制作用的实现。常用微分环节来改善系统的动态性能振荡环节12T1G22TsssRsCs若输入为一阶跃信号,则动态响应应具有振荡的形式时滞环节sesRsCs1eGs输出波形与输入波形相同,但延迟了时间。时滞环节的存在对系统的稳定性不利5.动态结构图的等效变换与化简。三种基本形式,尤其是式2-61。主要掌握结构图的化简用法,参考P38习题2-9(a)、(e)、(f)。(化简)等效变换,是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系,在变换前后保持不变。串联,并联,反馈连接,综合点和引出点的移动(P27)6.系统的开环传递函数、闭环传递函数(重点是给定作用下)、误差传递函数(重点是给定作用下):式2-63、2-64、2-66系统的反馈量B(s)与误差信号E(s)的比值,称为闭环系统的开环传递函数系统的闭环传递函数分为给定信号R(s)作用下的闭环传递函数和扰动信号D(s)作用下的闭环传递函数系统的开环传递函数sHsGsHsGsGssG21kEBs系统的闭环传递函给定信号R(s)作用,设D(s)=0sHsGsGsHSGsGsGsGss11RCs21213/7数扰动信号D(s)作用,设R(s)=0sHsGsGsHSGsGsGssd11DCs2212系统的误差传递函数给定信号R(s)作用,设D(s)=0sHsGsHSGsGsser1111REs21扰动信号D(s)作用,设R(s)=0sHsGsHsGsHSGsGsHsGssed11DEs2212第三章1.P42系统的时域性能指标。各自的定义,各自衡量了什么性能?(填空或选择)(1)、上升时间rtrt指系统响应从零开始,第一次上升到稳态值所需的时间(2)、峰值时间ptpt指系统响应从零开始,第一次到达峰值所需的时间(3)、超调量%(平稳性)指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比(4)、调节时间st(快速性)st指系统响应应从零开始,达到并保持在稳态值的5%(或2%)误差范围内,即响应进入并保持在5%(或2%)误差带之内所需的时间(5)、稳态误差sse稳态误差指系统期望值与实际输出的最终稳态值之间的差值。这是一个稳态性能指标2.一阶系统的单位阶跃响应。(填空或选择)从输入信号看,单位斜坡信号的导数为单位阶跃信号,而单位阶跃信号的导数为单位脉冲信号。相应的,从输出信号来看,单位斜坡响应的导数为单位阶跃响应,而单位阶跃响应的导数是单位脉冲响应。由此得出线性定常系统的一个重要性质;某输入信号的输出响应,就等于该输出响应的导数;同理,某输入信号积分的输出响应,就等于该输入信号输出响应的积分。3.二阶系统:(1)传递函数、两个参数各自的含义;(填空)阻尼比,值越大,系统的平稳性越好,超调越小;值越小,系统响应振荡越强,振荡频率越高。当为0时,系统输出为等幅振荡,不能正常工作,属不稳定。n为无阻尼振荡频率(2)单位阶跃响应的分类,不同阻尼比时响应的大致情况(图3-10);(填空)P(47)(3)欠阻尼情况的单位阶跃响应:掌握式3-21、3-23~3-27;参考P51例3-4的欠阻尼情况、P72习题3-6。欠阻尼二阶系统的性能指标:(1)、上升时间rt1sin11t2rrdtteCrn由此式可得21ndrt其中21arctan4/7(2)、峰值时间pt根据pt的定义,可采用求极值的方法来求取它,得2d1npt(3)、超调量%%100%21/e(4)、调节时间st68.03nst5%误差带76.03nst2%误差带当大于上述值时,可采用近似公式计算7.145.61nst(5)、稳态误差ssensse2在系统稳定的前提下,主要分析系统的动态性能和稳态性能。动态性能包括平稳性和快速性,稳态性能是指准确性。(1)、平稳性主要有决定,%平稳性越好。当=0时,系统等幅振荡,不能稳定工作。一定时,dn,系统平稳性变差。(2d1n)(2)、快速性当ωn一定时,若较小,则st,而当0.7之后又有st。即太大或太小,快速性均变差。一般,在控制工程中,是由对超调量的要求来确定的.。一定时,snt由此分析可知,要想获得较好的快速性,阻尼比不能太大或是太小,而n可尽量选大。一般将=0.707称为最佳阻尼比,此时系统不仅响应速度快,而且超调量小。(3)、准确性的增加和n的减小虽然对于系统的平稳性有利,但将使得系统跟踪斜坡信号的稳态误差增加4.系统稳定的充要条件?系统的所有特征根的实部小于零,其特征方程的根部都在S左半平面劳斯判据的简单应用:参考P55例3-5、3-6。(分析题)劳斯稳定判据若特征方程式的各项系数都大于零(必要条件),且劳斯表中第一列元素均为正值,则所有的特5/7征根均位于s左半平面,相应的系统是稳定的;否则系统不稳定,且第一列元素符号改变的次数等于该特征方程的正实部根的个数。5.用误差系数法求解给定作用下的稳态误差。参考P72习题3-13。(计算题)P(60)系统的稳态误差既与系统的结构参数有关,也与输入有关,设系统的输入的一般表达式为nSAsR式中N为输入的阶次令系统的开环传递函数一般表达式为mnTsKsHsGvnjjvmii1111式中,K为系统的开环增益,即开环传递函数中各因式的常数项为1时的总比例系数;i、jT为时间常数;v为积分环节的个数,由它表征系统的类型,或称其为系统的无差度。系统的稳态误差可表示为vNsssrSKSAse1lim0表5-1给定信号作用下系统稳态误差ssre系统型号阶跃信号输入0RRss速度信号输入02vRss加速度信号输入03aRss稳态误差pKR1e0ssrv0ssrveKa0ssraeK静态位置误差系数pK静态速度误差系数vK静态加速度误差系数aKvsSK0plimK10vlimKvsSK20alimKvsSK001pRK∞∞Ⅰ00vvK∞Ⅱ000aaK稳态误差是衡量系统控制精度的性能指标。稳态误差可分为,由给定信号引起的误差以及由扰动信号引起的误差两种。稳态误差也可以用误差系数来表述。系统的稳态误差主要是由积分环节的个数和开环增益来确定的。为了提高精度等级,可增加积分环节的数目;为了减少有限误差,可增加开环增益。但这样一来都会使系统的稳定性变差。而采用补偿的方法,则可保证稳定性的前提下减小稳态误差。6/7第四章1.幅频特性、相频特性和频率特性的概念。系统的幅频特性:)(A=|)(jG|系统的相频特性:=)(jG系统的频率特性(又称幅相特性):)(jG=)(A)(je=|)(jG|)(jGje2.七个典型环节的频率特性(必须掌握)。了解其伯德图的形状。(简答题)典型环节传递函数幅频特性相频特性斜率dB/dec特殊点比例环节KsGKA0020lgk)L(积分环节s1Gs1A90--200L,1dB20L,10微分环节ssGA90200L,1dB20L,10惯性环节11GTss211ATTarctan-20和0一阶微分环节1GTss21ATTarctan0和2020lgA)L(振荡环节sG222n2nnssA22222211nn222arctannn0和-401L,021A,n0L时滞环节sesG1A非最小相位环节11GTss211AT1arctanT比例环节、积分环节、惯性环节、微分环节、一阶微分环节、振荡环节、(时滞环节、)非最小相位环节3.绘制伯德图的步骤(主要是L(ω))(1)、将开环传递函数标准化7/7(2)、找出各环节的转折频率,且按大小顺序在坐标中标出来。(3)、过ω=1,L(ω)=20lgk这点,作斜率为-20vdB/dec的低频渐近线。(4)、从低频渐近线开始,每到某一环节的转折频率处,就根据该环节的特性改变一次渐进线的斜率,从而画出对数幅特性的近似曲线。(5)、根据系统的开环对数相频特性的表达式,画出对数相频特性的近似曲线。4.根据伯德图求传递函数:参考P110习题4-4。(分析题)P90v0K5.奈氏判据的用法:参考P111习题4-6。(分析题)P946.相位裕量和幅值裕量的概念、意义及工程中对二者的要求。(填空或判断)对应于|jGjH|=1时的频
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