反馈的定义、基本关系式、类型及判断
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1、反馈:输出信号被测量环节引回到输入端参与控制的作用。
2、开环控制系统与闭环控制系统的根本区别:有无反馈。
3、线性及非线性系统的定义及根本区别:当系统的数学模型能用线性微分方程描述时,该系统的称为线性系统。
非线性系统:一个系统,如果其输出不与其输入成正比,则它是非线性的。
根本区别:线性系统遵从叠加原理,而非线性系统不然。
4、传递函数的定义及特点:零初始条件下,系统输出量的拉斯变换与输入量的拉斯变换的比值。
用G〔s〕表示。
特点:1〕、传递函数是否有量纲取决于输入与输出的性质,同性质无量纲。
2〕、传递函数分母中S的阶数必n不小于分子中的S的阶数m,既n=>m ,因为系统具有惯性。
3〕、假设输入已给定,则系统的输出完全取决于其传递函数。
4〕、物理量性质不同的系统,环节和元件可以具有相同类型的传递函数。
5〕、传递函数的分母与分子分别反映系统本身与外界无关的固有特性和系统同外界的关系。
5、开环函数的定义:前向通道传递函数G〔s〕与反馈回路传递函数H(s)之积。
6、时间响应的定义和组成:系统在激励信号作用下,输出随时间的变化关系。
按振动来源分为:零状态响应和零输入响应。
按振动性质:自由响应和强迫响应。
7、瞬态性能指标以及反映系统什么特性:性能指标:上升时间tr、峰值时间tp、最大超调量Mp、调整时间ts、振荡次数N。
这些性能指标主要反映系统对输入的响应的快速性。
8、稳态误差的定义及计算公式:系统进入稳态后的误差。
稳态误差反映稳态响应偏离系统希望值的程度。
衡量控制精度的程度。
稳态误差不仅取决于系统自身结构参数,而且与输入信号有关。
系统误差:输入信号与反馈信号之差。
9、减少输入引起稳态误差的措施:增大干扰作用点之前的回路的放大倍数K1,以及增加这一段回路中积分环节的数目。
10、频率响应的概念:线性定常系统对谐波输入的稳态响应称为频率响应。
11、频率特性的组成:幅频特性和相频特性。
12、稳定性的概念:系统在扰动作用下,输出偏离原平衡状态,待扰动消除后,系统能回到原平衡状态〔无静差系统〕或到达新的平衡状态〔有静差系统〕。
现代控制工程简答题1、控制系统的基本构成及特点。
2、现代控制理论的主要内容。
3、控制系统的状态空间描述及意义。
4、线性定常非齐次连续系统状态(方程解)的动态特性。
参考答案:1、控制系统主要由具有动态特性的被控对象系统、实现控制作用的控制机构、完成数据收集的检测机构,以及实现性能指标评价和信息处理的计算机构等部分构成。
控制系统的主要特点为:以动态系统为控制对象,通过施加必要的操作,实现对象系统状态按照指定的规律进行变化,达到某一特定功能;强调动态过程和动态行为的目的性、稳定性、能观测性、可控性、最优性以及时实性等;控制系统的数学模型主要用微分方程描述,设计方法为动态优化方法。
,2、主要包括五个方面:①线性系统理论(状态空间描述、能控性、能观测性和稳定性分析,状态反馈、状态观测器及补偿理论和设计方法),②建摸和系统辩识(模型结构及参数辩识方法论、参数估计理论),③最优滤波理论(卡尔曼滤波理论),④最优控制理论(经典变分法、最大值原理法、动态规划法),⑤自适应控制理论(模型参考自适应控制方法论、自校正控制方法论、鲁棒稳定自适应理论等)。
3、控制系统的状态空间描述:由状态方程和输出方程组成的状态空间表达式。
状态方程是一个一阶微分方程组,描述系统输入与系统状态的变化关系,即系统的内部描述;输出方程是一个代数方程,主要描述系统状态与系统输出的关系,即系统的外部描述。
意义:状态空间描述反映了控制系统的全部信息,是对系统特性的全部描述,是实现现代控制系统分析、设计的重要手段。
4、线性定常非齐次连续系统状态(方程解)的一般形式为:动态特性:系统状态的动态运动(随时间变化过程)受两部分作用,第一部分为系统初始状态的转移作用,即系统的自由运动项;第二部分为控制输入信号激励下的受控作用,即系统的强迫运动项。
适当选择控制输入,可使系统状态在状态空间中获得满足要求的最佳轨线。
1、控制工程理论(控制科学)的基本任务及广义定义。
机械工程控制基础1.输入量: 给定量称为输入量。
2.输出量:被控量称为输出量。
3.反馈:就是指将输出量全部或部分返回到输入端,并与输入量比较。
4.偏差:比较的结果称为偏差。
5.干扰:偶然的无法加入人为控制的信号。
它也是一种输入信号,通常对系统的输出产生不利影响。
6.系统:相互作用的各部分组成的具有一定功能的整体。
7.系统分类:按反馈情况:开环控制系统和闭环控制系统;按输出量的变化规律:自动调节系统、随动系统和程序控制系统;按信号类型:连续控制系统和离散控制系统;按系统的性质:线性控制系统和非线性控制系统;按参数的变化情况:定常系统和时变系统;按被控量:位移控制系统、温度控制系统和速度控制系统。
8.机械工程控制论的研究对象:它研究的是机械工程广义系统在一定的外界条件(即输入或激励、干扰)作用下,从系统的一定的初始状态出发,所经历的由其内部的固有特性(即由系统的结构与参数所决定的特性)所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系——广义系统的动力学问题。
9.会分析简单系统的工作原理。
10.拉普拉斯变换:若一个时间函数ƒ(t),称为原函数,经过下式计算转换为象函数F(s):,记为称F(s)为ƒ (t)的Laplace变换其中算子s=σ+ jω为复数。
11.常用的拉氏变换表12.拉氏变换的主要定理(特别是线性定理、微分定理)(1)比例定理(很重要,系统微分方程进行拉氏变换常用)输出量不失真、无惯性、快速地跟随输入量,两者成比例关系。
13.线性系统:系统的数学模型都是线性关系。
14.线性定常系统:用线性常微分方程描述的系统。
15.叠加原理:系统在几个外加作用下所产生的响应,等于各个外加作用单独作用的响应之和。
叠加原理有两重含义:均匀性(齐次性)和可叠加性。
叠加原理有两重含义:均匀性(齐次性)和可叠加性。
这个原理是说,多个输入同时作用于线性系统的总响应,等于各个输入单独作用时分别产生的响应之和,且输入增大若干倍时,其输出亦增大同样的倍数。
输入信号反馈信号净输入信号反馈放大器反馈过程:在电子系统中把输出回路的电量(电压或电流)以一定的方式(串联、并联)馈送到输入回路的过程。
输入信号、反馈信号、净输入信号−−−−−−−−↓←↓←↑↑→↑→↑→BE B B E E C B V I V V I I I 不变因V B I e+V e -+V BE -正反馈正反馈+-负反馈负反馈可以改善放大电路的性能。
be Lv r RA 'β−=Vo 与Vi 反相若Vi 瞬时极性为正,则Vo 瞬时极性为负+-+-+-_+A电流串联正反馈负反馈类型负反馈类型电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈电压反馈基本放大器反馈网络i V 'i V fV oI gR LR +−+−+−.AF A F♁♁♁♁v i v id v f v o电压负反馈稳定输出电压串联反馈考虑电压间♁♁♁♁○+v f-反馈信号和输入信号加于输入回路两点时,○○♁♁○♁AFoI gR LR V .+−gI i I 'i I fI ...AF♁v oI i I id I f○负反馈。
iI fI 'i I 反馈信号和输入信号同一点时,为正反馈。
AFoI gR LR iI 'i I f I ...♁i i i idi f○A F○反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时,i o电流负反馈稳定输出电流iI •iI•'○○♁♁♁fI •○AF i V 'i V f V o I gR L R +−+−+−A F ♁♁v i v id v f ♁反馈信号和输入信号两点时,为负反馈。
i o电流串联负反馈−−−−−−−−↓←↓←↑↑→↑→BE B B E C B V I V V I I 不变因输入端:串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号加在输入回路的同一个电极上,则为并联反馈;反之,加在放大电路输入回路的两个电极,则为串联反馈。
反 馈
一、定义及组成
1、定义
将放大电路输出量(电压或电流)的一部分或全部,通过某些元件或网络(称为反馈网络),反向送回到输入端,来影响原输入量(电压或电流)的过程。
有反馈的放大电路称为反馈放大电路。
反馈未连接的放大电路称为基本放大电路。
2、组成:
(a)
注意:反馈网络F 的判断。
(输入、输出间的电路)
二、基本关系式(负反馈)
f i id x x x +=净输入信号
注意:i x 、f x 同一端id x 为两者之和;不同端id x 为两
者之差。
AF
A x x A x x x x A i o f o f
id
o +====1闭环增益F F 反馈开环增益系数 反馈深度:1+AF ,它的大小反映了反馈的强弱;
环路增益:AF 。
三、反馈的极性:正反馈、负反馈 判断方法: “瞬时极性法”:
(1)反馈是输入、输出之间网络;
(2)运放为差分输入,放大的是输入信号之差。
(3)i X 、f X 同一端,f i id X X X +=;不同端,f i id X X X -=。
四、反馈组态判断方法:
1、找出反馈网络;
(输出、输入之间的电路连接)
2、判断反馈极性;
(瞬时极性法)
3、判断反馈类型。
(反馈量直接取自输出电压,电压反馈;反馈量直接加到输入电压,并联反馈)
4、叙述反馈组态。
(电压-电流并联-串联负-正反馈)
五、负反馈对放大器性能的影响
1、减小非线性失真;
2、提高放大器的稳定性,闭环增益减至A AF +11;
3、扩展通频带 ;
4、负反馈对输入电阻的影响
串联负反馈增大输入电阻,输入电阻是无反馈时输入电阻的(1+AF )倍,即∞。
并联负反馈减小输入电阻,输入电阻是无反馈时输入电阻的AF +11倍(按定义实际计算)。
5、负反馈对输出电阻的影响
电压负反馈减小输出电阻,输出电阻是开环输出电阻的AF +11倍,即0。
电流负反馈增大输出电阻,输出电阻是开环输出电阻的(1+AF )倍(按定义实际计算)。
六、引入负反馈的原则
1、稳定Q点,引入直流负反馈; 改善交流性能,引入交流负反馈;
2、稳定输出电压,引入电压负反馈; 稳定输出电流,引入电流负反馈;
3、减小输出电阻,引入电压负反馈; 增大输出电阻,引入电流负反馈;
4、减小输入电阻,引入并联负反馈; 增大输入电阻,引入串联负反馈;。