第一章 控制系统导论

自动控制原理简明教材胡寿松图书目录前言第一章控制系统导论1-1 自动控制的基本原理1-2 自动控制系统示例1-3 自动控制系统的分类1-4 自动控制系统的基本要求习题第二章控制系统的数学模型2-1 傅里叶变换与拉普拉斯变换2-2 控制系统的时域数学模型2-3 控制系统的复数域数学模型2-4 控制系统的结构图与信号流图2-5 数学模型的实验测定法习题第三章线性系统的时域分析法3-1 系统的时域性能指标3-2 一阶系统的时域分析3-3 二阶系统的时域分析3-4 高阶系统的时域分析3-5 线性系统的稳定性分析3-6 线性系统的稳态误差计算习题第四章线性系统的根轨迹法4-1 根轨迹法的基本概念4-2 常规根轨迹的绘制法则4-3 广义根轨迹4-4 系统性能的分析习题第五章线性系统的频域分析法5-1 频率特性5-2 典型环节与开环系统频率特性5-3 频域稳定判据5-4 频域稳定裕度5-5 闭环系统的频域性能指标习题第六章线性系统的校正方法6-1 系统的设计与校正问题6-2 常用校正装置及其特性6-3 串联校正6-4 反馈校正习题第七章线性离散系统的分析7-1 离散系统的基本概念7-2 信号的采样与保持7-3 ｚ变换理论7-4 离散系统的数学模型7-5 离散系统的稳定性与稳态误差7-6 离散系统的动态性能分析习题第八章非线性控制系统分析8-1 非线性控制系统概述8-2 常见非线性特性及其对系统运动的影响8-3 描述函数法习题。

现代控制系统（十一版）第一章控制系统导论1、实现高效的设计过程的主要途径是参数分析和优化。

参数分析的基础是：（1）辨识关键参数；（2）构建整个系统；（3）评估系统满足需求的程度。

这三步是一个循环迭代的过程。

一旦确定了关键参数，构建了整个系统，设计师就可以在此基础上优化参数。

设计师总是尽力辨识确认有限的关键参数，并加以调整。

2、控制系统设计流程（重要）①确定控制目标和受控变量，并初步定义（确定）系统性能指标设计要求和初步配置结构；②系统定义和建模；③控制系统设计，全系统集成的仿真和分析。

（控制精度要求决定了测量受控变量的传感器选型）；④设计规范/设计要求规定了闭环系统应该达到的性能，通常包括：（1）抗干扰能力；（2）对指令的响应能力；（3）产生使用执行机构驱动信号的能力；（4）灵敏度；（5）鲁棒性等方面的要求。

⑤首要任务：设计出能够达到预期控制性能的系统机构配置（传感器、受控对象、执行机构和控制器）。

其中执行机构的选择与受控对象和变量有关，控制器通常包含一个求和放大器（框图中的比较器），用于将预期响应与实际响应进行比较，然后将偏差信号送入另一个放大器。

⑥调节系统参数，以便获得所期望的系统性能。

⑦设计完成之后，由于控制器通常以硬件的形态实现，还会出现各硬件之相互干扰的现象。

进行系统集成时，控制系统设计必须考虑的诸多问题，充满了各种挑战。

3、分析研究动态系统的步骤为：①定义系统及其元件；②确定必要的假设条件并推导出数学模型；③列写描述该模型的微分方程；④求解方程（组），得到所求输出变量的解；⑤检查假设条件和多得到的解；⑥有必要，重新分析和设计系统。

4、中英文术语和概念Automation 自动化Closed-loop feedback control system 闭环反馈控制系统Complexity of design 设计的复杂性Control system 控制系统Design 设计Design gap 设计差异Engineering design 工程设计Feedback signal 反馈信号Flyball governor 飞球调节器Hybrid fuel automobile 混合动力汽车Mechatronics 机电一体化系统Multivariable control system 多变量控制系统Negative feedback 负反馈Open-loop control system 开环控制系统Optimization 优化Plant 受控对象Positive feedback 正反馈Process 受控过程Productivity 生产率Risk 风险Robot 机器人Specification 设计规范Synthesis 综合System 系统Trade-off 折中处理第二章系统数学模关键词：数学模型微分方程（组）非线性模型区域（点）线性化拉普拉斯变换合理假设相似变量相似模型线性模型线性叠加原理注：线性系统满足叠加性和齐次行。

教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）负反馈原理——构成闭环控制系统的核心把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。

负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统1）有反馈，信号流动构成闭回路。

2）按偏差进行控制。

对应的系统方框图为：由原理图画方块图的步骤：①看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。

②从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。

③依原理图补上中间部分。

4.反馈控制系统的基本组成①测量元件：测量被控量②比较元件：产生偏差信号③放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大④执行机构：对被控对象施加作用⑤校正元件：改善系统性能⑥给定元件：给出输入信号5.自动控制系统的基本控制方式a.开环（信号单向流动）特点：简单、稳定、精度低。

b.闭环（信号有反向作用）特点：复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。

c.复合（前向联系、反向作用）特点：性能要求高时用之。

1-2 自动控制系统实例1.函数记录仪（P.7-8）2教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）2.电阻炉微型计算机温度控制系统（P.8-9）3.锅炉液位控制系统（P.9-10）1-3自控系统的分类1.线性连续控制系统微分方程：)()()()()()()()(1111txtadttdxtadttxdtadttxdtacncnncnncn++++---=)()()()()()()()(1111txtbdttdxtbdttxdtbdttxdtbrmrnmrmmrm++++---式中)(txr——系统的输入量；)(txc——系统的输出量。

系数a0(t)，a1(t)……a n(t)，b0(t)，b1(t)……b m(t)是常数时，称为定常系统，随时间变化时，称为时变系统。

定常系统分为：恒值系统、随动系统和程序控制系统1）恒值控制系统恒值系统的给定量是恒定不变的，如恒速、恒温、恒压等自动控制系统，这种系统的输出量也应是恒定不变的。

第一章控制系统导论1、自动控制系统的组成：控制器、被控对象、反馈环节、给定装置等。

2、自动控制系统基本控制方式：开环控制、闭环控制和复合控制三种方式。

3、反馈是将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入量进行比较的过程。

反馈有正反馈和负反馈1pj(j=1,2,…,n)分别称为传递函数的零点和极点,K1称为传递函数的增益（或根轨迹增益）。

4、传递函数的概念适用于线性定常系统，传递函数的结构和各项系数包括常数项完全取决于系统本身结构；它是系统的动态数学模型，与输入信号的具体形式和大小无关，不反映系统的内部信息。

5、传递函数是在零初始条件下定义的。

但是，对输入量加于系统之前, 系统处于稳定工作状态的情况同样适用。

6、传递函数不能（能或不能）反映系统或元件的学科属性和物理性质。

物理性质和学科类别截然不同的系统可能（可能或不可能）具有完全相同的传递函数。

1345、二阶系统的阶跃响应性能定性分析可知，ωn 一定，ζ与系统性能的关系：0< ζ <1欠阻尼，衰减振荡；ζ＝1临界阻尼，单调上升；ζ >1过阻尼，单调上升；ζ =0无阻尼，等幅振荡。

6、二阶系统的阶跃响应性能定性分析可知，ωn 一定，ζ越大，平稳性越好，但是，上升速度越慢，快速性越差。

0.4＜ζ＜0.8，快速性和平稳性均较好。

7、二阶系统的阶跃响应性能定性分析可知，ζ一定时，ωn越大，上升速度和调节速度越快，且ωn 的变化不改变系统的平稳性。

7、二阶系统，阻尼比ζ越小，超调量越大，平稳性越差，调节时间ts长；ζ过大时，系统响应迟钝，调节时间ts也长，快速性差；ζ=0.7，调节时间最短，快速性最好，而超调量σ%<5%，平稳性也好，故称ζ891213.14那么其相应的瞬态分量持续时间较短。

对系统暂态性能的影响就小。

15、当某极点pj靠某零点zi很近，相应瞬态分量的系数就越小，极端情况下, 当pj和zi重合时，该零极点为偶极子，对系统的瞬态响应没有影响。