武汉理工大学《自动控制原理》考研内部复习课件

1 F
xdt
1 Fs
1
dx
(6)PID环节：
y kc ( x Ti
xdt Td
) dt
kc
(1
1 Ti s
Td
s)
(7)纯滞后环节： y(t) x(t )
e s
(8)带有纯滞后的一阶环节：
T dy(t ) y(t ) Kx(t) dt
K e s Ts 1
三、结构图 结构图：
应用函数方块描述信号在控制系统中传输过程的 图解表示法。
X (s) 1 G(s)H (s)
G(s)： 前 向 通 道 传 递 函 数 ， H(s)： 反 馈 通 道 传 递 函 数 ， G(s)H(s)：开环传递函数 1+ G(s)H(s)=0：闭环特征方程。 单位反馈系统： (s) G(s)
1 G(s)
正反馈：
自动控制原理
(s) G(s)
E(s) X (s) Z(s)
y(t) 斜率=1/T y(t)=1-exp(-t/T)
1
0.632
63.2％
0
T 2T 3T 4T 5T t
二、二阶系统的动态响应
G(s)
Y (s) X (s)
s2
n2 2n
n2
ωn：无阻尼自然频率，ζ：阻尼系数（阻尼比）。
阻尼情况 ζ值
欠阻尼 0＜ζ＜1
临界阻尼 ζ=1 过阻尼 ζ＞1 无阻尼 ζ＝0
自动控制原理
武汉理工大学自动化学院
希望S左半平面上的根距离虚轴有一定的距离。设
S S1 a Z a
j
并代入原方程式中，得到以 S1 为变量
的特征方程式，然后用劳斯判据去判别该
方程中是否有根位于垂线 S a 右侧。

回输入端的信号，也称为反馈信号； ❖ 偏差：给定值和反馈信号之差； ❖ 干扰：所有妨碍控制器对被控变量按要求进行控
制的信号。
演示课件
1.4 自动控制系统的性能指标
对控制系统的性能评价，多以动态过程的特 性来衡量，工程上对自动控制系统性能的基本要 求可以归结为稳（稳定性和平稳性）、准（准确 性）和快（快速性）。
29 演示课件
并联结构的等效变换
R(s)
G1(s)
C1(s)
C(s)
两个并联的方框可以合并 为一个方框，合并后方框 的传递函数等于两个方框 传递函数的代数和。
G2(s)
C2(s)
C(s) [G1(s) G2 (s)]R(s)
C(s) R( s )
G1 ( s )
G2 (s)
R(s)
C(s)
G1(s) G2(s)
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
演示课件
控制系统的单项品质指标小结
稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳 准确性 余差C小好
最大偏差 A 小好 快速性 过渡时间 Ts 短好
各品质指标之间既有联系、又有矛盾。例如，过分减小 最大偏差，会使过渡时间变长。因此，应根据具体工艺情况分 清主次，对生产过程有决定性意义的主要品质指标应优先予以 保证。
演示课件
第二章
➢ 线性系统数学模型的形式——微分方程、传递函数、结构图 考察方式：填空题 ➢ 传递函数的定义 考察方式：填空题 ➢ 典型环节的传递函数 考察方式：填空题 ➢ RC、RLC电路的传递函数 考察方式：综合题 ➢ 结构图串联、并联、反馈的等效变换 考察方式：综合题
演示课件
2.1.1 线性系统微分方程的建立方法

f (t)
(t)
1(t ) t t2 2
e at
F(s)
1
1s 1 s2 1 s3
1 (s a)
第三章 控制系统的数学模型
§3-1 系统时间响应的性能指标 §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
1）自动控制系统 2）开环控制方式、闭环控制方式、反馈控制 3）自动控制系统的分类 4）控制系统的基本要求：
稳定性 、快速性 、准确性
5) 线性系统的两个重要特性
叠加性 齐次性
6）五种典型信号
自动控制系统的分类
按控制方式分：开环控制、闭环控制（反馈控制）、复合 控制 按元件类型分：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气
二阶系统性能的改善
1. 比例—微分控制
闭环系统具有零点，可以使上升时间提前，阻尼增大，超调减小。
(1) 引入比例—微分控制，使系统阻尼比增加，从而抑制振荡，使超调减弱， 改善系统平稳性；
(2) 零点的出现，将会加快系统响应速度，使上升时间缩短，峰值提前，又 削弱了“阻尼”作用。因此适当选择微分时间常数，使系统具有过阻尼，则 响应将在不出现超调的条件下，显著提高快速性；
tr d
[s] j
s1
jn 1 2
n jd
n
0
2) 峰值时间tp：
tp d
s2
jd
二阶系统极点
与参数关系图
3) 最大超调量σ%： % e 1 2 100%
4) 调节时间ts：
ts
4
n
3
, ,
n
0.02 0.05

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数字控制系统的典型结构图
通常,假定所选择的 A/D 转换器有足够的字长来表示数 码,量化单位 q 足够小,所以由量化引起的幅值断续性可以忽 略.此外还假定,采样编码过程是瞬间完成的,可用理想脉冲的 幅值等效代替数字信号的大小,则 A/D 转换器可以用周期为 T 的理想开关来代替.同理, D/A转换器可以用保持器来替代,其 传递函数为 Gh(s).上图中的数字控制器实质上是一个数字校
S
S
b(t) H(s)
数字控制系统典型结构图
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离散控制系统的特点 ⑴ 由数字计算机构成的数字校正装置,效果比连续式校正
装置好,且由软件实现的控制规律易于改变,控制灵活.
⑵ 采样信号,特别是数字信号的传递可以有效地抑制噪声, 从而提高了系统的抗干扰能力.
⑶ 允许采用高灵敏度的控制元件,以提高系统的控制精度.
信号采样和复现 在采样控制系统中,把连续信号转变为脉冲序列的 过程,称为采样过程,简称采样.实现采样的装置称为采样 器,或称采样开关,如下图所示.
6
e(t)
0
S e(t)
e*(t)
T
e*(t)
T
t nT 开关闭合
t tnT 开关打开 0
采样过程
T
2T 3T t
7
在采样控制系统中,把脉冲序列转变为连续信号的过程, 称为信号复现过程.实现复现过程的装置称为保持器,如下图 所示.
序列的过程称, 为采样过程
5
采样又可分为周期采样和非周期采样(随机采样).本 章仅讨论周期采样,且如果系统中有几个采样器,则它们应 该是同步等周期的.
为了实现两种信号的转换,在连续信号和脉冲序列之 间要用采样器(sampler),而在脉冲序列和连续信号之间要 用保持器(hold).采样器和保持器,是采样控制系统中两个 特殊环节.