未分类 · 2022年10月18日

自动控制原理笔记

  • 何谓自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。
  • 自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。
  • · 开 环 ． 控 制 系 统 的 方 框 图 输 入 量 控 制 装 置 扰 动 输 出 量 受 控 对 象
  • · 闭 环 控 制 系 统 的 方 框 图 扰 动 蜘 ） 校 正 参 入 c(t) 受 控 给 装 定 置 偏 差 装 置 对 象 被 控 量 考 信 号 受 控 系 统 调 节 器 （ 或 控 制 器 ） L ． 反 馈 信 号 反 馈 装 置 （ 测 量 元 件 ）
  • 分 类 按 给 定 值 操 纵 的 开 环 控 制 按 干 扰 补 偿 的 开 环 控 制 按 控 制 方 式 分 按 偏 差 调 节 的 闭 环 控 制 复 合 控 制 ： 闭 环 反 馈 为 主 ， 抖 环 补 偿 为 辅 恒 值 系 统 随 动 系 统 按 给 定 值 变 化 规 律 分 程 序 控 制 系 统 运 动 控 制 系 统 按 被 控 对 象 分 走 过 程 控 制 系 统 按 系 统 功 用 分 按 系 统 性 能 分 温 度 控 制 系 统 压 力 控 制 系 统 位 罱 控 制 系 统 线 非 线 性 系 统 连 续 / 离 散 性 系 统 定 常 / 时 变 性 系 统 确 定 / 不 确 定 系 统
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囗 阶 跃 响 应 性 能 指 标 ※ 动 态 性 能 1. 延 迟 时 间 td ： 响 应 曲 线 第 一 次 达 到 其 终 值 一 半 所 需 时 间 。 2 · 上 升 时 间 鰈 ： 响 应 从 终 值 10 ％ 上 升 到 终 值 1 0 稳 态 讠 天 差 3 ． 10 90 ％ 所 需 时 间 ： 对 有 振 荡 系 统 亦 可 定 义 为 响 应 从 零 第 一 次 上 升 到 终 值 所 需 时 间 。 上 升 时 间 是 响 应 速 度 的 度 量 。 3 · 峰 值 时 间 tp ： 响 应 超 过 其 终 值 到 达 第 一 个 峰 值 所 需 时 间 。 4 · 调 节 时 间 t 、 ： 响 应 到 达 并 保 持 在 终 值 内 所 需 时 间 。 5 · 超 调 量 。 ％ ： 响 应 的 最 大 偏 离 量 h （ (p) 与 终 值 h(T ） 之 差 的 百 分 比 ， 即 ※ 穩 态 性 能 ： 由 隐 态 误 差 e 、 、 描 述 。
3 · 2 · 1 一 让 爪 统 的 喽 攵 学 型 控 制 系 统 的 运 动 方 程 为 一 阶 微 分 方 程 ， 称 为 一 阶 系 统 。 如 RC 电 路 ： （ 0 · 微 分 方 程 为 ： 火 c Cc(s) 1 · 传 递 函 数 ： 1 Up(s) RCs+1 1 + · 结 构 图 ： E(s) 1/Ts （ 0 C(s) （ 0 0 c C(s) 囗 一 般 地 ， 将 微 分 方 程 为 + c （ 0 一 r （ 0 传 递 函 数 为 丆 的 系 统 叫 做 一 阶 系 统 。 T 的 含 义 随 系 统 的 不 同 而 不 同 。 （ 0 0 1 Ts + 1
 
 
0 控 制 系 统 的 运 动 方 程 为 二 阶 微 分 方 程 ， 称 为 二 阶 系 统 。 - 在 第 二 章 ， 己 得 微 分 方 程 ： ． 取 拉 氏 变 换 ， 有 ． 整 理 得 传 递 函 数 ． 又 因 为 ． 故 得 结 构 图 2 2c(t) dc(t) 2 《 1 s2C(s) 艹 —SC(s)+C(s) 一 倒 C(s) s2+240s+0 标 准 形 式 C(s) 标 准 形 式 · 其 中 ： 一 自 然 频 率 ； 一 阻 尼 比 。
 
输 入 r(t)=l(t) ， 输 出 s 平 面 尸 = 一 1 / 丆 0 @ 零 极 点 分 布 1 0 ： 1 一 e 气 / 0 ） 初 始 斜 率 为 1 / 丆 1 0 ． 86 ． 95 《 0 ． 982 0 ． 63 / 重 片 1 一 e “ 0 丆 2 丆 3 丆 4 丆 (b) 单 位 阶 跃 响 应 曲 线 特 点 ： 1) 可 以 用 时 间 常 数 去 度 量 系 统 的 输 出 量 的 数 值 ： 2 ） 初 始 斜 率 为 1 / T ： 3 ） 无 超 调 ： 稳 态 误 差 e 、 、 ： 0 。 性 能 指 标 ： 延 迟 时 间 ： td=0.69T 上 升 时 间 ： 鰈 ： 2 · 20T 调 节 时 间 ： t 、 =3T （ ^ ： 0 · 05 ） 或 t 、 =4T （ ^ ： 0 · 02 ）
 
1 1 输 入 r(t)=ö(t)' 输 出 g(t) ： 一 e T (t 0 ） g(t) 0 g(t) T 1 T 初 始 斜 率 为 一 力 / 0 ． 368 / 丆 0 ． 13s / 丆 丆 0 ． 05 / 丆 0 ． 018 / 丆 2 丆 3 丆 4 丆 特 点 ： @ 单 位 脉 冲 响 应 曲 线 1) 可 以 用 时 间 常 数 去 度 量 系 统 的 输 出 量 的 数 值 ： 2 ） 初 始 斜 率 为 一 1 / T2 ： 3 ） 无 超 调 ： 稳 态 误 差 e 、 、 ： 0 。
 
- 其 输 出 的 拉 氏 变 换 为 e+240s+0 0 二 阶 系 统 特 征 方 程 s2 + 2 叫 s + 一 0 · 其 根 决 定 了 系 统 的 响 应 形 式 。 · 进 一 步 的 描 述 如 下 图 ： @ 闭 环 极 点 分 布 S c(t) (b) 单 位 阶 跃 响 应 曲 线
 
· 系 统 有 一 对 共 轭 复 根 ： S 一 《 ± 丿 叫 1 一 0 co 叩 · 阶 跃 响 应 为 c(t) 一 1 一 sin(0dt + @ > 0 ） 其 中 ß=arccos4 叫 一 叫 1 一 2 砍 阻 尼 二 阶 系 统 的 单 位 阶 响 应 由 稳 态 和 瞬 态 两 部 分 组 成 ： · 稳 态 部 分 等 于 1, 表 明 不 存 在 稳 态 误 差 ： · 瞬 态 部 分 是 阻 尼 正 弦 振 荡 过 程 ， 阻 尼 的 大 小 由 《 （ 即 6 ， 特 征 根 实 部 ） 决 定 ： · 振 荡 角 频 率 为 阻 尼 振 荡 角 频 率 （ 特 征 根 虚 部 ） ， 其 值 由 阻 尼 比 和 自 然 振 荡 角 频 率 决 定 。
 
-Con±jon 1 一 2 · 貊 界 阻 尼 二 阶 系 统 （ 即 《 ： 1 时 ） · 系 统 有 两 个 相 同 的 负 实 根 ： 与 2 一 · 阶 跃 响 应 ： · 系 统 单 位 阶 跃 响 应 是 无 超 调 、 无 振 荡 单 调 上 升 的 ， 不 存 在 稳 态 误 差 。 3 · 无 阻 尼 二 阶 系 统 （ 即 《 ： 0 时 ） · 此 时 系 统 有 两 个 纯 虚 根 ： · 阶 跃 响 应 ： c(t)=l-cos ' · 系 统 单 位 阶 跃 响 应 为 一 条 不 衰 减 的 等 幅 余 弦 振 荡 曲 线 。 4 · 过 阻 尼 二 阶 系 统 （ 即 01 时 ） · 此 时 系 统 有 两 个 不 相 等 负 实 根 一 “ ± 一 1 还 > 1 · 阶 跃 响 应 ： c(t)= 1 + 1 · 系 统 的 单 位 跃 响 应 无 振 荡 、 无 超 调 、 无 稳 态 误 差 。
 
（ 2 ） 性 能 分 析 开 环 传 递 函 数 ： 开 环 增 益 ： 闭 环 传 递 函 数 ： C(s) S S S + 2 (D Go(s) 2 S2 +2; ） S + ） 2 20 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 。 声 特 点 ： (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 ， 著 提 高 快 速 性 。 （ 3 ） 不 影 响 系 统 误 差 ， 自 然 频 率 不 变 。