连续系统串联校正

第一章 习题1. 闭环和开环控制各有什么优缺点？开环: 结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信号和扰动能预先知道时，控制效果较好。

但不能自动修正被控制量的偏离，系统的元件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。

闭环:具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修正元件参数变化及外界扰动引起的误差，控制精度高。

缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。

2．随动、恒值、程序控制系统。

按给定值变化规律分有：随动、恒值、程序控制系统。

3．开环、闭环、复合控制系统。

按系统结构分有：开环、闭环、复合控制系统4. 对一个自动控制系统的性能要求可以概括为哪几个方面 ？ 可以归结为稳定性、准确性（精度）和快速性。

第三章 习题一、基本概念1.最大超调量： 直接说明控制系统的阻尼特性。

2. 过渡过程时间：在过渡过程的稳态线上，用稳态值的百分数∆（通常%2%5=∆=∆或）作一个误差允许范围，过渡过程曲线进入并永远保持在这一允许误差范围内，进入允许误差范围所对应的时间叫过渡过程时间。

3. 峰值时间： 欠阻尼系统单位阶跃响应输出达到最大值时对应的时间。

4. 上升时间：在单位阶跃信号作用下，欠阻尼二阶系统输出第一次达到最终稳态值所对应的时间。

5. 闭环主导极点：假如距虚轴较远的闭环极点的实部与距虚轴最近的闭环极点的实部的比值大于或等于5，且在距虚轴最近的闭环极点的附近不存在闭环零%100)()()(⋅∞∞-=c c tp c p σ点。

这个距虚轴最近的闭环极点将在系统的过渡过程中起主导作用，称之为闭环主导极点。

它常以一对共轭复数极点的形式出现。

6. 稳态误差：稳态误差ess是系统的误差响应达到稳定时的值，是对系统稳态控制精度的度量，是衡量控制系统最终精度的重要指标。

7.开环静态位置放大倍数KP8.开环静态速度放大倍数Kv9.开环静态加速度放大倍数Ka二、问答题1、线性连续系统稳定的充要条件是什么？答：系统特征方程式的根全部具有负实部。

1． 4 Matlab 编程 教师在实验教学中给学生提供部分源程序，要
求学生独立完成剩余部分并观察程序运行结果。本 环节目的是使学生掌握利用 Matlab 编程对控制系 统进行简单分析与设计的能力。
2 实验内容改革
我院 2008-2009 学年“自动控制原理”教学大纲 中，实验教学总共 16 学时，实验项目如表 1 所示。
专业实验室每台计算机均安装了课题小组利用 Matlab 图形用户界面设计功能自制的虚拟实验系 统。本系统包 含 了“自 动 控 制 原 理 实 验 箱 ”所 有 实 验，学生在实验教学中可以利用此虚拟实验系统，灵 活改变实 验 参 数，并 根 据 实 验 结 果 验 证 相 关 结 论。 本环节主要为了克服实验箱单元电路不能灵活组合 的缺点，要求学生把主要精力集中在系统特性的研 究上。 1． 3 Simulink 仿真
由表 1 可知，开设的实验项目主要为验证性实 验，缺乏设 计 性 实 验、综 合 性 实 验 以 及 专 业 拓 展 实 验。为了鼓励学生自主实验，培养并提高学生科学 实验能力、创新能力以及实践应用能力，提高实验教 学效果，我们更新了实验项目，如表 2 所示。
表 2 “自动控制原理”提高型实验项目
实验项目 编号
“自动控制原理”是电气工程及其自动化专业一 门专业基础课，在专业课程体系中占有极其重要的地 位［1］。“自动控制原理”主要内容包括： 控制系统的 数学模型、控制系统的时域分析法、根轨迹法、频率 法、控制系统的校正、非线性系统的分析、采样控制系 统的分析与设计等。由于课程涉及的系统分析与设 计方法复杂，因此学生普遍反映该课程比较难学［2］。
表 1 “自动控制原理”验证型实验项目
实验项目 编号
S05203301 S05203302 S05203303 S05203304 S05203305 S05203306

1、自动控制: 指在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控制对象或过程自动地按照预定的要求运行。

2、人工控制：在人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制对象和过程按预定规律变化的过程，（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。

（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。

（1）连续系统:当系统中各元件的输入量和输出量均是连续量或模拟量时，就称此类系统是连续系统（2）离散系统：当系统中某处或多处信号是脉冲序列或数字形式时，就称这类系统是离散系统。

（1）恒值控制系统：控制系统在运行中被控量的给定值保持不变（2）随动控制系统：控制系统被控量的值不是预先设定的，而是受外来的某些随机因素影响而变化，其变化规律是未知的时间函数（3）程序控制系统：控制系统被控量的给定值是预定的时间函数，并要求被控量随之变化。

（三）按控制方式分：开环控制、反馈控制、复合控制（四）按元件类型：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统（五）按系统共用：温度控制、压力控制、位置控制1）输入量（激励）作用于一个元件、装置或系统输入端的量，可以是电量，也可以是非电量，一般是时间的函数（确定函数或随机函数），如给定电压。

2）输出量（响应）指确定被控对象运动状态的量，它是输出端出现的量，可以是电量或非电量，它是系统初始状态和输入量的函数。

3）被控制量制被控对象所要求自动控制的量。

它通常是决定被控对象工作状态的重要变量。

当被控对象只要求实现自动调节，即要求某些参数保持给定数值或按一定规律变化时，被控制量就是被调节量（被调量）。

4）控制量（控制作用）指控制器的输出量。

当把控制器看成调节器时，控制量即调节量（调节作用）。

5）反馈把系统的输出送回到输入，以增强或减弱输入信号的效应称为反馈。

使输入信号增强者为正反馈，使输入信号减弱者称为负反馈。

反馈信号与系统输出量成比例者称为硬反馈或刚性反馈（比例反馈），反馈信号为输出量的导数者称为软反馈或柔性反馈。

连续系统PID 控制器设计及其参数整定1 实验目的1．掌握PID 控制规律及控制器实现； 2．对给定系统合理地设计PID 控制器；3．掌握对给定控制系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。

2 实验设备PC 机（装有MATLAB 软件）一台。

3 实验原理PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成。

在控制系统的设计与校正中，PID 控制规律的优越性是明显，它的基本原理却比较简单。

基本的PID 控制规律可描述为：()Ic P D K G s K K s s=++或1()(1)c P d i G s K T s T s =++ 在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减少系统稳态误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至造成系统闭环系统不稳定；积分控制可以提高系统的型别，有利于提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，是信号产生90°的相位滞后，对系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制器；微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性，但微分控制增加了一个（-1/τ）的开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。

PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特性确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间。

PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：1） 理论计算整定法。

主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。

2） 工程整定方法。

主要有Ziegler-Nichols 整定法、临界比例度法、衰减曲线法。

a. Ziegler-Nichols 整定——反应曲线法反应曲线法适用于对象传递函数可近似为1LsK e Ts -+（单位响应曲线可近似成一条S 形曲线）的场合。

先测出系统处于开环状态下的动态特性（即先输入单位阶跃信号，测得被控对象输出的阶跃响应曲线），如图1所示，然后根据动态特性估算出对象特性参数：被控对象的增益K 、等效滞后时间L 和等效时间常数T ，然后根据表1中的经验值选取控制器参数。