政史地机械工程控制基础复习.pptx

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1、机械工程控制基础机械工程控制基础第一章第一章 自动控制的一般概念自动控制的一般概念第二章第二章 控制系统的数学模型控制系统的数学模型第三章第三章 控制系统的时域分析法控制系统的时域分析法第四章第四章 频域分析法频域分析法第五章第五章 控制系统的稳定性控制系统的稳定性第六章第六章 控制系统的校正控制系统的校正第1页/共68页第第1 1章章 绪论绪论1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 几个定义几个定义1.3 1.3 控制论的研究对象与任务控制论的研究对象与任务1.4 1.4 反馈反馈1.51.5系统的几种分类及对控制系统的基本要求系统的几种分类及对控制系统的基本要求1.6 1.6 控制理论发展

2、的简单回顾控制理论发展的简单回顾1.7 1.7 本课程的特点与学习方法本课程的特点与学习方法第2页/共68页控制理论控制理论第3页/共68页闭环控制系统闭环控制系统放大运算环节执行环节被控对象测量环节-X0闭环控制控制系统的组成闭环控制控制系统的组成给定环节控制部分控制部分特点：特点：利用偏差控制系统的输出利用偏差控制系统的输出第4页/共68页对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求第5页/共68页第二章系统的数学模型第二章系统的数学模型 2.1系统的微分方程 2.2相似原理2.3传递函数2.4系统的传递函数方框图及其简化 2.5反馈控制系统的传递函数 第6页/共68页数学模型数学模型第7页/

3、共68页2.32.3传递函数传递函数传递函数为传递函数为G(S)传递函数：线性定常系统，零初始条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数(简称传函).数学表达式为：第8页/共68页建立系统动态结构图建立系统动态结构图 1 1、按电路理论求：、按电路理论求：典型函数的传递函数典型函数的传递函数RCRC网络第9页/共68页若要求以每个电路元件为环节画出方块图，再求传函，则须建立系统动态结构图。第10页/共68页复习复习 例例2 2第11页/共68页化简下图所示的多回环系统化简下图所示的多回环系统第12页/共68页第13页/共68页复习复习 例例3 3第14页/共68页复习

4、 例3第15页/共68页复习 例3第16页/共68页第三第三章章 控制系统的时域分析法控制系统的时域分析法 3.1 时间响应及其组成 3.2 典型输入信号 3.3 一阶系统 3.4 二阶系统 3.5 高阶系统的响应分析 3.6 系统的误差分析与计算第17页/共68页典型输入信号典型输入信号第18页/共68页典型环节典型环节能推导有关的公式第19页/共68页二二阶阶系系统统的的性性能能指指标标定定义义超调量超调量调整时间：单位阶跃响应进入到使下式成立所需时间。调整时间：单位阶跃响应进入到使下式成立所需时间。上升时间上升时间 :单位阶跃响应第一次达到其稳态值所需时间。峰值时间峰值时间 ：单位阶跃响

5、应达到第一个峰值所需时间。：单位阶跃响应达到第一个峰值所需时间。振荡次数振荡次数 N N：在调整时间内响应过程穿越其稳态在调整时间内响应过程穿越其稳态 值值 次数的一半定义为振荡次数。次数的一半定义为振荡次数。，一般取，一般取第20页/共68页，一般取，一般取ty(t)trtptsy()y(tp)第21页/共68页计算举例计算举例(1)(1)第22页/共68页第23页/共68页计计 算算 举举 例例(2)(2)C(s)R(s)第24页/共68页第25页/共68页第26页/共68页稳态误差稳态误差第27页/共68页第四章第四章 线性系统的频域分析线性系统的频域分析4.1 基本概念 4.2频率特性

6、的Nyquist图4.3频率特性的Bode图4.4系统的频域特征量4.5最小相位系统与非最小相位系统第28页/共68页基本基本概念概念 频率特性是研究自动控制系统的一种工程方法。应用频率特性可以间接地分析系统的动态性能与稳态性能。频率特性法的突出优点是组成系统的元件及被控对象的数学模型若不能直接从理论上推出和计算时，可以通过实验直接求得频率特性来分析系统的品质。其次，应用频率特性法分析系统可以得出定性和定量的结论，并且有明显的物理意义。在应用频率特性法分析系统时，可以利用曲线，图表及经验公式，因此，用频率特性法分析系统是很方便的。第29页/共68页典典型型环环节节的的乃乃氏氏图图的的绘绘制制1

7、 1 比例环节比例环节第30页/共68页2 2 积分环节和微分环节积分环节和微分环节第31页/共68页3 3 惯性环节和一阶环节惯性环节和一阶环节第32页/共68页4 4 一阶微分环节一阶微分环节证明:写出实部与虚部各自的参量方程如下第33页/共68页5 5 高阶系统的开环频率特性高阶系统的开环频率特性 第34页/共68页5 5 高阶系统的开环频率特性高阶系统的开环频率特性 第35页/共68页5 5 高阶系统的开环频率特性高阶系统的开环频率特性 第36页/共68页6 6 高阶系统的高阶系统的NyquistNyquist图图第37页/共68页1 1 比例环节比例环节典型环节的典型环节的BODEB

8、ODE图的绘制图的绘制第38页/共68页2 2 积分环节积分环节第39页/共68页3 3 惯性环节惯性环节第40页/共68页4 4 振荡环节传函振荡环节传函第41页/共68页4 4 振荡环节公式振荡环节公式第42页/共68页5 5 其他环节其他环节(1)(1)第43页/共68页6 6 其他环节其他环节(2)(2)第44页/共68页 已知系统的开环传递函数已知系统的开环传递函数试绘制系统开环幅相特性与对数频率特性。试绘制系统开环幅相特性与对数频率特性。解：解：惯性环节的交接频率为惯性环节的交接频率为例题例题第45页/共68页找渐近线找渐近线则则第46页/共68页 乃氏图乃氏图第47页/共68页伯

9、特图伯特图第48页/共68页复习复习例例如何求闭环系统？第49页/共68页系统的主要性能指标闭环频域指标：闭环频域指标：（1 1）零频幅值）零频幅值M M0 0：=0时闭环幅值。（2 2）谐振峰值）谐振峰值MrMr：闭环幅频最大值。（3 3）谐振频率）谐振频率 r r：谐振峰值时频率。（4 4）系统带宽）系统带宽 b b：闭环幅值减小到0.707 M0时的频率。0b，称为系统带宽。（5 5）剪切率：）剪切率：M()在b处的斜率。反映了系统的抗干扰能力，斜率越大，抗干扰能力越强。通常用Mr和b（或r）作为闭环系统的频域动态指标。第50页/共68页第五章第五章 系统的稳定性系统的稳定性5.1 系统

10、稳定性的初步概念5.2 Routh稳定判据5.3 Nyquist稳定判据5.4 Bode稳定判据5.5 系统的相对稳定性第51页/共68页劳劳 斯斯 阵阵 列列第52页/共68页Routh Routh 判据的应用判据的应用Y(S)X(S)-第53页/共68页第54页/共68页第55页/共68页复习复习 例例第56页/共68页乃氏判乃氏判剧剧-形式形式 闭环系统稳定的充要条件是，当闭环系统稳定的充要条件是，当 由由 变变到时，系统的开环频率特性到时，系统的开环频率特性 按逆按逆时针方向包围（时针方向包围（-1-1，j j0 0）点点P P周，周，P P为位于为位于s s平面平面右半部的开环极点数

11、目。否则，系统不稳定。右半部的开环极点数目。否则，系统不稳定。1 1 形式形式第57页/共68页第58页/共68页 乃奎斯特稳定判据和系统的相对稳定性稳定裕度稳定裕度第59页/共68页 乃奎斯特稳定判据和系统的相对稳定性剪切频率剪切频率对应于对应于 的频率，记为的频率，记为相角裕量相角裕量在剪切频率在剪切频率 处，使系统达到临界稳定处，使系统达到临界稳定状态所要附加的相角迟后量状态所要附加的相角迟后量为使系统稳定，相角裕量必须为正值为使系统稳定，相角裕量必须为正值增益裕度增益裕度在相角特性在相角特性 等于的频率等于的频率 处，处，开环幅频特性的倒数若系统增益增大到开环幅频特性的倒数若系统增益增

12、大到 ，则系统达到临界稳定状态。，则系统达到临界稳定状态。或或稳定的系统，稳定的系统，为正为正第60页/共68页第六章第六章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正1 基本概念2 超前校正参数的确定 3 滞后校正参数的确定4 滞后超前校正参数的确定5 用希望对数频率特性确定校正参数6 反馈校正参数的确定第61页/共68页I图(a)常用的超前校正元件常用的超前校正元件第62页/共68页第63页/共68页dB0图(b)第64页/共68页例 设某控制系统不可变部分的开环传递函数为要求系统具有如下性能指标：（1）系统型别 ；（2）开环增益 ；（3）相角裕度 ；（4）剪切频率 。试应用频率响应法确定由近似PI控制器实现的串联迟后校正参数。第65页/共68页第66页/共68页题型分布题型分布1、填空题（30分，每空1分）2、简答题（20分，每题5分）3、分析计算（共50分，共6题）第67页/共68页感谢您的观看！第68页/共68页