自动控制原理孙优贤教材
第一章：控制系统组成和概念
控制系统是一种由多个元素和过程组成的整体，它的主要目的是通过调节输入和输出之间的关系，以达到特定的性能指标。控制系统一般包括控制器、执行器、传感器和被控对象等组成部分。
第二章：控制系统的数学模型
控制系统的数学模型是用数学语言描述控制系统的方法，它可以帮助我们分析控制系统的性能和行为。常用的数学模型包括传递函数模型、状态空间模型和Laplace变换模型等。这些模型可以用来描述控制系统的动态特性，进行系统分析和设计。
第三章：控制系统的时域分析
时域分析法是一种基于时间域的控制系统分析方法。通过时域分析，可以了解控制系统的稳定性、响应速度、误差等性能指标，进而对系统进行优化设计。
第四章：频率特性分析法
频率特性分析法是一种基于频率域的控制系统分析方法。通过频率特性分析，可以了解控制系统的频率响应、相位和幅值等特性，进而对系统进行优化设计。
第五章：根轨迹分析方法
根轨迹分析法是一种基于根轨迹的控制系统分析方法。通过根轨迹分析，可以了解控制系统的稳定性、响应速度和阻尼比等性能指标，进而对系统进行优化设计。
第六章：采样控制系统
采样控制系统是一种数字控制系统，它通过对模拟信号进行采样、量化、编码等处理，将其转化为数字信号进行控制。采样控制系统的精度高、稳定性好、易于实现远程控制等优点，被广泛应用于工业自动化等领域。
第七章：状态空间方法
状态空间法是一种基于状态空间模型的控制系统分析方法。通过状态空间法，可以了解控制系统的动态特性和状态变量之间的关系，进而对系统进行优化设计。状态空间法还可以用于控制系统的稳定性和鲁棒性分析等方面。
第八章：非线性系统分析
非线性系统是指系统的输入和输出之间存在非线性关系的系统。非线性系统的分析和设计比线性系统更为复杂，但非线性系统的应用范围更广泛。非线性系统的分析方法包括相平面法、描述函数法等。
第三章 ★微机数字控制系统：以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系 统）
★微型计算机数字控制的主要特点：微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高， 可以提高控制性能， 此外，还拥有信息存储、 数据通信和故障诊断等模拟控制系 统无法实现的功能。
★由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系 统的主要特点是离散化和数字化
★数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种： 1. 数模混合控制系统 2.
数字电路控制系统 3. 计算机控制系统
★数模混合控制系统特点：转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器电流调节 器采用数字调节器；脉冲触发装置则采用模拟电路
★数字电路控制系统特点：除主电路和功放电路外，转速、电流调节器，以及脉 冲触发装置等全部由数字电路组成
★在数字装置中， 由计算机软硬件实现其功能 ，即为计算机控制系统。 系统的特
点：双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和 检测；采用数字 PI 算法，由软件实现转速、电流调节。
★微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构系统由以下部分组成：主电路；检 测电路；控制电路；给定电路；显示电路
★主回路 ——微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的 UPE 有两种方式：直 流
PWM 功率变换器；晶闸管可控整流器
★检测回路 ——检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中：电压、电流 和温度检测由 A/D 转换通道变为数字量送入微机；转速检测用数字测速 ★转速检测有模拟和数字两种检测方法。对于要求精度高、调速范围大的系统， 往往需要采用旋转编码器测速，即数字测速。
★故障综合 ——利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电压、电流、温度等信号 进行分析比较， 若发生故障立即进行故障诊断， 以便及时处理， 避免故障进一步 扩大。这也是采用微机控制的优势所在。
★数字控制器 ——数字控制器是系统的核心，可选用单片微机或数字信号处理器
自控第三章
0tMp超调量允许误差10.90.50.1trtpts图3-2表示性能指标td,tr,tp,Mp和ts的单位阶跃响应曲线tdh(t)0.02或0.05)(h)(h)(h)(h%100)()()(%hhthp第三章：1、一阶系统对典型输入信号的输出响应。（单位）阶跃函数（Step function）0,)(1tt;（单位）斜坡函数（Ramp function）速度 0,tt;（单位）加速度函数（Acceleration function）抛物线0,212tt;（单位）脉冲函数（Impulse
function） 0,)(tt;正弦函数（Simusoidal function）Asinut ，当输入作用具有周期性变化时。
2、动态性能指标： 1.延迟时间dt：（Delay Time）响应曲线第一次达到稳态值的一半所需的时间，叫延迟时间。
2.上升时间:rt（Rise Time）响应曲线从稳态值的10%上升到90%，所需的时间。〔5%上升到95%，或从0上升到100%，对于欠阻尼二阶系统，通常采用0～100%的上升时间，对于过阻尼系统，通常采用10～90%的上升时间〕，上升时间越短，响应速度越快。
3.峰值时间pt（Peak Time）：响应曲线达到过调量的第一个峰值所需要的时间。
4.调节时间:st （Settling Time）：在响应曲线的稳态线上，用稳态值的百分数（通常取5%或2%）作一个允许误差范围，响应曲线达到并永远保持在这一允许误差范围内，所需的时间。
5.最大超调量:pM（Maximum Overshoot）：指响应的最大偏离量h(tp)于终值)(h之差的百分比，即%
13 rt或pt评价系统的响应速度；st同时反映响应速度和阻尼程度的综合性指标。%评价系统的阻尼程度。
图3-4指数响应曲线1063.2%86.5%95%98.2%99.3%T2T3T4T5T0.632tc(t)=1-ec(t)2222)(nnnwswsws0dt
控制系统的动力学分析
控制系统动力学分析是指对控制系统的行为和性能进行定量描述和分析的过程。通过对控制系统的动态特性进行研究，可以评估系统的稳定性、响应速度以及抗干扰等性能指标，为系统的设计和改进提供依据。
一、控制系统动力学分析的基本原理
控制系统动力学分析的基本原理基于线性时不变系统的数学模型。在动力学分析中，通常使用微分方程或传递函数来描述系统的动态特性。以微分方程为例，一般形式可以表示为：
\[a_n \frac{d^ny(t)}{dt^n} + a_{n-1}\frac{d^{n-1}y(t)}{dt^{n-1}} + ...
+ a_0y(t) = b_mx(t)\]
其中，\(y(t)\)表示系统的输出，\(x(t)\)为输入，\(a_n\)为系统的系数，\(n\)为微分方程的阶数，\(b_m\)为输入的系数。
二、动力学分析的步骤
1. 系统建模：将实际的控制系统抽象为数学模型。可以根据系统的物理特性和工作原理来确定模型的类型，如惯性模型、比例积分微分模型等。
2. 系统的特性描述：通过对系统的动态特性进行分析，可以描述系统的稳定性、响应时间、频率响应等。常用的描述方式包括阶跃响应、脉冲响应、频率响应等。 3. 系统响应的计算与仿真：通过数学方法或者计算机仿真工具，计算系统在不同输入条件下的响应。可以通过求解微分方程或者利用传递函数进行计算。
4. 系统性能评估：根据系统的响应曲线，评估系统的稳定性和性能指标。常用的指标包括超调量、调节时间、稳态误差等。
5. 系统改进与优化：通过动力学分析的结果，可以发现系统存在的问题并进行改进优化。可以通过调整控制算法、参数优化等方法来改善系统的性能。
三、实例应用：PID控制系统的动力学分析
作为控制系统中常用的控制算法之一，PID控制系统的动力学分析对于系统的设计和调试非常重要。以传递函数形式的PID控制器为例，其传递函数可以表示为：
\[G(s) = K_p + \frac{K_i}{s} + K_d s\]
