自动控制原理简明教程5 (1)
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自动控制原理主要内容第一章 自动控制原理导论第二章 自动控制系统的数学模型 第三章 自动控制系统的时域分析第四章 自动控制系统的复数域分析——根轨迹法 第五章 自动控制系统的频率域分析——频率响应法第一章 自动控制原理导论 1.1 自动控制概念在没有人直接参与的情况下,通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。
能够实现自动控制任务的系统称为自动控制系统。
1.2 自动控制的基本方式 1. 开环控制系统在没有反馈的情况下,利用执行机构直接控制受控对象的控制系统.例:直流电动机转速开环控制系统简单;不准确(希望1000r/min ,实际950r/min )。
2. 闭环控制系统——引入负反馈对输出进行测量,将此测量信号反馈,并与预期的输入(参考或指令输入)进行比较的系统。
例:直流电动机转速闭环控制系统准确;复杂、设备多。
renuy控制器受控对象输入量输出量控制量扰动测量元件 -控制器受控对象输入量输出量控制量扰动unr1.3 对控制系统性能的基本要求-----稳定:有一定的稳定裕量。
稳定性是压倒一切的。
对线性系统,有成熟的稳定性分析方法。
对非线性复杂系统,很难,需要高深的数学——是自动控制重要研究内容。
符合要求的动态响应特性。
满足要求的稳态响应(静态精度)。
1.4 自动控制系统的组成 受控系统第二章 自动控制系统的数学模型 2.1 控制系统的输入/输出模型(I/O 模型) 设线性定常系统用系统的输入、输出信号或其变换式所表示的数学模型。
当I/O 为:r(t) c(t) 时域:微分方程 R(s) C(s) 复数域:传递函数 R(j ) C(j ) 频域:频域特性描写线性定常系统的微分方程)()()()(01111t c a t c dt d a t c dt d a t c dt d a n n n n n n ++++--- )()()()( 01111t r b t r dt db t r dt d b t r dt d b m m m m m m ++++=---),,1,0(),,,1,0(m j b n i a j i ==例:试求RLC 串联电路的微分方程。
第五章§5-1 引言§5-2频率特性§5-3 开环系统的典型环节分解和开环频率特性曲线的绘制§5-4开环和闭环系统Bode图的绘制方法§5-5 系统稳定性分析§5-6控制系统的相对稳定性分析第五章 控制系统的频率响应分析[教学目的]:掌握利用频域法进行系统分析的一般方法 ,为后面的校正及信号与系统分析打下基础。
掌握系统频率特性分析与系统幅角之间的关系,掌握Nyquist 图和Bode 图的绘制方法,根据系统的Nyquist 图和Bode 图分析系统的性质。
本章的难点是Nyquist 稳定性分析。
[主要容]:一、引言 二、 频率特性 三、 开环系统的典型环节分解和开环频率特性曲线的绘制 四、 频率域稳定判据 五、 稳定裕度 六、 闭环系统的频域性能指标[重点]: 频率特性的基本概念,各种频域特性曲线的绘制,Nyquist 稳定判据的应用,及相对稳定裕度的分析,理解三频段的概念与作用。
[难点]:时域性能指标与频域性能指标之间的相互转换。
闭环频域性能指标的理解与应用[讲授方法及技巧]:联系传递函数,微分方程等数学模型,将频率法和时域分析法、根轨迹法相比较,理解和掌握古典控制系统的完整体系。
准确理解概念,把握各种图形表示法的相互联系。
与时域法进行对比,以加深理解。
§5-1 引言1.时域分析法(特点)1)以传递函数和单位阶跃响应为分析基础构成的一整套解析法为主响应曲线图形分析法为辅的分析方法。
它具有直观、明确的物理意义,但就是运算工作量较大,参数的全局特征不明显。
2) 原始依据--数学模型,得来不易,也同实际系统得真实情况有差异,存在较多的近似、假设和忽略,有时对于未知对象,还可能要用经验法估计。
3) 对工程中普遍存在的高频噪声干扰的研究无能为力。
4) 在定性分析上存在明显的不足。
5) 属于以“点”为工作方式的分析方法。
2.根轨迹法(特点)1)根轨迹法弥补了时域分析法中参数全局变化时特征不明显的不足,在研究单一指定参数对整个系统的影响时很有用;2)增加零极点(增加补偿器)时,是一种很好的辅助设计工具; 3)以“线”和“面”为工作方式;4)为定性分析提供了一种非常好的想象空间和辅助思维界面。