2022年自考自动控制理论知识要点总结 .docx
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1、;第一章概论第一节 自动掌握和自动掌握系统的基本概念1. 自动掌握:应用掌握装置自动的、有目的地掌握或调剂机器设备或生产过程,使之依据人们规定的或者是期望的性能指标运行;2. 常规掌握器的组成:定值元件;比较元件;放大元件;反馈元件;其次节自动掌握系统的分类一、按自动掌握系统是否形成闭合回路分类:1. 开环掌握系统:一个掌握系统,假如在其掌握器的输入信号中不包含受控对象输出端的被控量的反馈信号,就称为开环掌握系统;2. 闭环掌握系统:一个掌握系统,假如在其掌握器的输入信号中包含来自受控对象输出端的被控量的反馈信号,就称为闭环掌握系统,或称为反馈掌握系统;二、按信号的结构特点分类:1. 反馈掌握
2、系统:是依据被控量和给定值的偏差进行调剂的,最终使系统排除偏差,达到被控量等于给定值的目的; 2. 前馈掌握系统; 3. 前馈反馈复合掌握系统;三、按给定值信号的特点分类:1. 恒值掌握系统:如自动掌握系统的任务是保持被控量恒定不变,也即是被控量在掌握过程终止在一个新的稳固状态时,被控量等于给定值;2. 随动掌握系统:它又称随动系统,它是被控量的给定值随时间任意变化的掌握系统,随动掌握系统的任务是在各种情形下使被控量跟踪给定值的变化;3. 程序掌握系统:在这类系统中,被控量的给定值是一个已知的时间函数,掌握的目的是要求被控量按确定的给定值时间函数来转变;四、按掌握系统信号的形式分类:1. 连续
3、时间系统:当掌握系统的传递信号都是时间的连续函数,这种系统称之为连续(时间)掌握系统;连续掌握系统又常称作为模拟量掌握系统;2. 离散(时间)掌握系统:掌握系统在某处或几处传递的信号是脉冲系列或数字形式的在时间上是离散的系统,称为离散掌握系统或离散时间掌握系统;第四节对自动掌握系统的性能要求1. 掌握系统的动态过程有哪几种?答:单调过程;衰减振荡过程;等幅振荡过程;渐扩震荡过程;2. 自动掌握系统的性能要求:稳固性;快速性;精确性;其次章自动掌握系统的数学模型第一节 微分方程、垃氏变换和传递函数1. 描述自动掌握系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学模型;例如微分方程、差分方程、传递函
4、数、状态方程等;2. 描述自动掌握系统的动态过程和动态特性最常用的方法是建立微分方程;3. ot=1C idt , i=C( d otdt );留意:拉普拉斯变换对比表;4. 终值定理:如 Lxt =Xs, 且 X(s)在 s 平面的右半平面及除原点外的虚轴上是解析,就有 x =limt xt=lims sXs ;5. 初值定理:如时间函数x( t )的拉氏变换是 X( s) , 且 lims sXs 存在,就 xt的初值 xo 是:xo=limt 0xt=lims sXs ;留意:例题 2 2( 22 页)、23(23 页);6. 传递函数:在经典掌握理论中广泛使用的分析设计方法频率发和根轨
5、迹法,就是建立在传递函数的基础上;精选资料,欢迎下载;传递函数的定义:线性定常系统的传递函数,在零初始条件下,系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比;7. 系统传递函数的性质:传递函数是将线性定常系统的微分方程进行拉氏变换后得到的,因此它只适合于线性定常系统;系统传递函数完全由系统的结构和参数打算,而与输入信号的形式无关;8. 抱负微分环节和实际微分环节的传递函数分别为:抱负微分环节:G(s)=Ys Xs=Tds ;实际微分环节: G(s) =Ys Xs=kdTds 1+Tds ;第三节电气环节的负载效应及其传递函数1. 负载效应:环节的负载对环节传递函数的影响,称为负载效应;2. 无
6、负载效应的环节:环节是组成掌握系统的基本功能单位;假如环节的输出信号仅打算于输入信号及环节本身的结构和参数,而与环节的外接负载无关,就称为无负载效应的环节;反之,假如缓解的输出信号仍受外接负载的影响,就称为有负载效应的环节;3. 大多数运算放大器是由下述三个元件的电路连接成一个系统:具有高放大系数、高输入阻抗和低输出阻抗的反相放大器;由外接阻抗构成的输入回路;由外接阻抗构成的反馈回路;第三节发电机磁掌握系统及其传递函数留意:图 230(43 页)第四节系统方框图的等效转换和信号流图及Mason公式1. 方框图的基本连接方式有:串联连接、并联连接、和反馈连接;串联连接:多个方框依次串联,其等效传
7、递函数等于各传递函数的乘积;并联连接 : 两个或多个方框的输入变量相同,总的输出量等于各方框输出量的代数和,这种连接方式称为并联连接;反馈连接: “”号对应于负反馈, “”号对应于正反馈;留意:表 22(51 页);2. 在方框图的简化过程中应记住以下两条原就:前向通路中传递函数的乘积必需保持不变;回路中传递函数的乘积必需保持不变;方框图简化原就:移动分支点和相加点;交换相加点;削减内反馈回路;3. 信号流图:是一种表示线性代数方程组变量间关系的图示方法;信号流图是由节点和支路组成的,每一个节点表示系统的一个变化量,而每两个节点之间的连接之路为该两个变量之间信号的传输关系;4. 信号流图包括:
8、节点;支路;输入节点(又称源点);输出节点(又称陷点) ;通路;回路和回路增益;5. 梅森( Mason)增益公式: Gs=1 k=1 nk k, =1 La+ LbLc LaLbLc+,式中信号流图的特点式;n从输入节点到输出节点前向通路的总条数;k从输入节点到输出节点第k 条前向通路总增益;La全部不同回路的增益之和;LbLc每两个互不接触回路增益乘积之和; LaLbLc每三个互不接触回路增益乘积之和;k在除去与第k 条前向通路相接触的回路的信号流图中,第 k 条前向通路的余因子;也即与第k 条前向通道不接触部分的值;留意:例题 2-6 (56 页)第五节常规掌握器(P、PI 、PD、PI
9、D)的基本掌握规律、动态特性和实现方法1. 当 Ti 时,积分作用 0,PI 掌握器就成了 P 掌握器;2. 比例掌握作用的特点是能使过程较快的达到稳固;积分掌握作用的特点是能使掌握过程为无差掌握;微分掌握作用的特点是能克服受控对象的推迟和惯性,削减掌握过程的动态偏差;2. 运算放大器具有增益高(大于10 的 5 次方),输入阻抗高,输出阻抗等优点,故不会受到负载效应的影响;留意:式 2 117(65 页)、2118(65 页)、2 119(65 页)、2 120(65 页)、2122(66 页)、2 124(66 页);数学模型的形式许多:常用的有微分方程、传递函数、状态方程;精选资料,欢迎
10、下载;第三章时域分析法第一节典型输入信号和时域性能指标1. 掌握系统的时域分析法是依据系统的数学模型,直接解出掌握系统被控量的时间响应;然后依据响应的数学表达式及其描述的时间响应曲线来分析系统的掌握品质,如稳固性、快速性、稳态精确度等;2. 常用的典型输入信号有以下几种时间函数:阶跃函数:xt=0,t0: ;xt=xo,t0;斜坡函数 (又称速度函数) :xt=0,t0; xt=vt,t 0;抛物线函数(加速函数) :xt=0,t0 ;xt=0.5Rt2, t 0;脉冲函数: xt=0,t0 ;xt=R , 0t ;( - ) tdt=1, L (t )=1 ;留意:掌握系统中的频率分析法就是
11、采纳正弦函数作为典型输入信号,采纳不同频率的正弦函数信号输入系统,可以得出掌握系统的频率特性,从而可以间接地分析掌握系统动态性能和稳态性能;3. 时域性能指标:包括动态性能指标和稳态误差;动态性能指标:最大超调量p: p() = ytp y y 100;上升时间tr : 留意: 75 页图 3 6;峰值时间tp ;调整时间tso ;稳态误差 ess :稳态误差是衡量系统精确性的重要指标;在无振荡的系统中,就不需要应用峰值时间和最大超调量这两个性能指标;其次节一阶系统的时域分析1. 一阶系统的单位阶跃响应:可以用试验的方法,来确定被测系统是否为一阶系统; 留意: ts=3Ts (对应 5误差带)
12、,ts=4Ts (对应 2误差带);2. 一阶系统的单位斜坡响应:留意:式319(79 页);系统的时间常数 T 越小,就响应越快,稳态误差也越小,输出信号yt对输入信号 xt 的迟后时间也越小;第三节二阶系统的时域分析1. 二阶系统的单位阶跃响应:S1,2= n n 2 1 , 注:括号为根号 ,当 01 时,在过阻尼状态;当=0 时,称为无阻尼状态; 当 1 1 的方向增加),调整时间 ts 将越来越拖长;式338( 85 页)、式3 39( 86 页)、式 340( 86 页)、3 41( 86 页)、342(86 页);通常由答应的最大超调量性能指标来打算,所以调整时间ts 有由自然振
13、荡 n 来打算;3. 转变二阶系统参数和 n(使 n 增加,减小)来削减斜坡响应的稳态误差,将使系统的动态特性变坏(振荡猛烈和超调量增加) ,即系统响应的平稳性将变差;为了克服这个冲突,需要引入附加掌握信号, 使之既能满意稳态误差的要求,又能满意动态性能指标的要求;第四节高阶系统的时域分析高阶系统的分析:在当系统的闭环极点全部在s 平面(跟平面)的左平面时,也即极点都是负实数或带有负实部的共轭复数时,就系统是稳固的;假如一个极点的位置与一个零点的位置非常靠近,就该极点对系统的动态响应几乎没有影响;第五节掌握系统的稳态误差分析及误差系数1. 没有稳态误差的系统成为无差系统,具有稳态误差的系统称为
14、有差系统;2. 系统稳态误差: Es=Ers+Eds,留意: 359( 93 页)、360( 93 页),当 N=0 时,称为 0 型系统; 当 N=1时,称为 1 型系统;当 N=2 时,称为 2 型系统;由于 N2 时,对系统的稳固性不利,一般不采纳,以后就不特地提出;留意:表3 1(97 页)、图 326(100 页)、3 82( 101 页);常用典型输入信号有阶跃函数、斜坡精选资料,欢迎下载;函数、抛物线函数和正弦函数;时域分析最常用的典型输入信号是阶跃输入函数;正弦输入函数是频域法分析系统的主要输入信号;时域性能指标有动态性能指标tr , tp ,和 p 等;稳态性能指标为稳态误差
15、 ess.系统稳固的充分必要条件是:闭环极点全部位于s 平面的左半面;第四章频域分析法第一节频率特性的基本概恋1. 频率特性法(简称频率法) :是讨论掌握系统的一种经典方法;2. 留意:式 411、412、4 13、4 14、4 15(110 页),M()和()合起来称为系统的频率特性;其次节频率特性的极坐标图1. 工程上用频率法讨论掌握系统时,主要采纳的试图解法;2. 常用的频率特性图示方法分为两类:极坐标图示法和对数坐标( Bode 图)图示法;3. 典型环节频率特性的极坐标图:比例环节:比例环节的传递函数为 Gs=K,所以比例环节的频率特性为: G( j ) =K+j0=Ke 的 jo
16、次方,留意图 44(112 页),相位移() =0o;积分环节:留意 418(113 页)及图 45( 113 页),那个图整个是负虚轴,且当时,趋向原点 0,明显积分环节信号是一个相位滞后环节 由于() =90 o ,每当信号通过一个积分环节,相位滞后 90 o;微分环节: 留意:式 4 19( 113 页)、图 4 6(113 页),图示是个实虚轴,恰好与积分环节的特性相反;其幅值变化与成正比: M() =,当 =0 时, M()也为零,当时,M()也;微分环节是一个相应超前环节 () =+90 o ;系统中每增加一个微分环节将使相位超前90 o( 2);惯性环节:留意:式 4 20( 1
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