自動控制原理知識點匯總

1、自動控制原理總結(jié)第一章 緒 論技術(shù)術(shù)語1. 被控對象:是指要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。2. 被控量：表征被控對象工作狀態(tài)的物理參量(或狀態(tài)參量)，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、電壓、位移等。3. 控制器：又稱調(diào)節(jié)器、控制裝置，由控制元件組成，它接受指令信號，輸出控制作用信號于被控對象。4. 給定值或指令信號r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信號，是系統(tǒng)的輸入信號。5. 干擾信號n(t)：又稱擾動值，是一種對系統(tǒng)的被控量起破壞作用的信號。6. 反饋信號b(t)：是指被控量經(jīng)測量元件檢測后回饋送到系統(tǒng)輸入端的信號。7. 偏差信號e(t)：是指給定值與被控量的差值，或指令信號與反饋信號的差值。

2、閉環(huán)控制的主要優(yōu)點：控制精度高，抗干擾能力強。 缺點：使用的元件多，線路復(fù)雜，系統(tǒng)的分析和設(shè)計都比較麻煩。 對控制系統(tǒng)的性能要求 :穩(wěn)定性 快速性 準確性 穩(wěn)定性和快速性反映了系統(tǒng)的過渡過程的性能。 準確性是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的指標，反映了動態(tài)過程后期的性能。第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型拉氏變換的定義:幾種典型函數(shù)的拉氏變換1.單位階躍函數(shù)1(t) 2.單位斜坡函數(shù) 3.等加速函數(shù)4.指數(shù)函數(shù)e-at5.正弦函數(shù)sin t6.余弦函數(shù)cos t7.單位脈沖函數(shù)(函數(shù))拉氏變換的基本法則1. 線性法則2. 微分法則3. 積分法則4. 終值定理5. 位移定理 傳遞函數(shù)：線性定常系統(tǒng)在零初始條件下，輸出

3、信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比稱為系統(tǒng)(或元部件)的傳遞函數(shù)。 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其等效變換 1.串聯(lián)變換法則2. 并聯(lián)變換法則3. 反饋變換法則 4. 比較點前移“加倒數(shù)”；比較點后移“加本身”。5. 引出點前移“加本身”；引出點后移“加倒數(shù)”梅森（S. J. Mason）公式求傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)1. 比例(放大)環(huán)節(jié)2. 積分環(huán)節(jié)3. 慣性環(huán)節(jié) 4. 一階微分環(huán)節(jié) 5. 振蕩環(huán)節(jié)6. 二階微分環(huán)節(jié) 第三章 時域分析法二階系統(tǒng)分析二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)1. 過阻尼 >1的情況 ：系統(tǒng)閉環(huán)特征方程有兩個不相等的負實根。 過阻尼二階系統(tǒng)可以看成兩個時間常數(shù)不同的慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。

4、當T1=T2(=1的臨界阻尼情況):調(diào)節(jié)時間ts=4.75T1；當T1=4T2(=1.25)時: ts3.3T1；當T1>4T2(>1.25)時: ts3T1。2. 臨界阻尼 =1的情況：3. 欠阻尼0<<1的情況：平穩(wěn)性：阻尼比越大，超調(diào)量越小，響應(yīng)的振蕩傾向越弱，平穩(wěn)性越好。反之，阻尼比越小，振蕩越強，平穩(wěn)性越差?？焖傩裕哼^大，系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，調(diào)節(jié)時間ts長，快速性差；過小，雖然響應(yīng)的起始速度較快，但因為振蕩強烈，衰減緩慢，所以調(diào)節(jié)時間ts也長，快速性差。欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)性能指標 1. 上升時間和阻尼頻率2. 峰值時間3. 超調(diào)量%w4. 調(diào)節(jié)時間ts當阻尼

5、比 <0.8時，近似取為 設(shè)計二階系統(tǒng)時，一般取 0.707作為最佳阻尼比。 二階系統(tǒng)響應(yīng)性能的改善措施：1比例微分控制 2測速反饋控制 穩(wěn)定性及代數(shù)判據(jù)1.赫爾維茨 (Hurwitz)穩(wěn)定性判據(jù) 2.林納得-奇帕特(Lienard-Chipard)判據(jù) (1)系統(tǒng)特征方程的各項系數(shù)大于零， 即 ai>0 (i=0，1，2，3，n)。(2) 奇數(shù)階或偶數(shù)階的赫爾維茨行列式大于零，即D奇 >0或D偶>0。3勞思(Routh)判據(jù) 勞思表中第一列所有元素的計算值均大于零，如果第一列出現(xiàn)小于零的元素，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。并且第一列中數(shù)值符號改變的次數(shù)等于系統(tǒng)特征方程正實部根的數(shù)目。

6、典型輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 第五章 頻域分析法頻率法系統(tǒng)的頻率響應(yīng)定義為系統(tǒng)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。只要把傳遞函數(shù)式中的s以j置換，就可以得到頻率特性，即 頻率特性圖示法 ：1. 直角坐標圖2. 奈奎斯特曲線圖3. 對數(shù)坐標圖伯德圖(H.W.Bode) 伯德圖包括對數(shù)幅頻和對數(shù)相頻兩條曲線。 典型環(huán)節(jié)的頻率特性：1. 比例環(huán)節(jié)(放大環(huán)節(jié)) 2. 積分環(huán)節(jié) 3. 微分環(huán)節(jié) 4. 慣性環(huán)節(jié) 5. 一階微分環(huán)節(jié) 6. 振蕩環(huán)節(jié) 7. 二階微分環(huán)節(jié)8. 一階不穩(wěn)定環(huán)節(jié) 9. 延遲環(huán)節(jié)開環(huán)幅相特性曲線的繪制：系統(tǒng)開環(huán)幅相特性的特點 當頻率=0時，其開環(huán)幅相特性完全取決于比例環(huán)節(jié)K和積分環(huán)節(jié)個數(shù)。0型

7、系統(tǒng)起點為正實軸上一點,I型及I型以上系統(tǒng)起點幅值為無窮大,相角為-·90°。當頻率 = 時，若n>m(即傳遞函數(shù)中分母階次大于分子階次)，各型系統(tǒng)幅相曲線的幅值等于0，相角為-(n-m)·90°。伯德圖的繪制：系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻等于各環(huán)節(jié)對數(shù)幅頻之和；系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻等于各環(huán)節(jié)對數(shù)相頻之和。正問題：繪制系統(tǒng)的伯德圖。反問題：求傳遞函數(shù)。繪制對數(shù)幅頻特性的步驟：1.確定出系統(tǒng)開環(huán)增益K，并計算 20lgK。 2.確定各有關(guān)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率，并把有關(guān)的轉(zhuǎn)折頻率標注在半對數(shù)坐標的橫軸上。3.在半對數(shù)坐標上確定=1(1/s)且縱坐標等于20lgK dB的點A

8、。過A點做一直線，使其斜率等于-20 dB/十倍頻程。當=0, =1, =2時，斜率分別是(0，-20，-40)/十倍頻程。 4.從低頻段第一個轉(zhuǎn)折頻率開始做斜直線，該直線的斜率等于過A點直線的斜率加這個環(huán)節(jié)的斜率（慣性環(huán)節(jié)加-20，振蕩環(huán)節(jié)加-40，一階微分環(huán)節(jié)加+20的斜率），這樣過每一個轉(zhuǎn)折頻率都要進行斜率的加減。5.高頻段最后的斜線的斜率應(yīng)等于-20(n-m) dB/十倍頻程。6.若系統(tǒng)中有振蕩環(huán)節(jié)，當<0.4時，需對L()進行修正。繪制對數(shù)相頻特性的步驟：1. 在半對數(shù)坐標紙上分別繪制出各環(huán)節(jié)的相頻特性曲線。2. 將各環(huán)節(jié)的相頻特性曲線沿縱坐標方向相加，從而得到系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻

9、特性曲線()。 當 0 時，() -·90°。當 時，() -(n-m)·90°。系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線與橫軸(0 dB線)交點的頻率稱為穿越頻率或截止頻率c。系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻特性曲線與-180°線交點的頻率稱為相頻截止頻率g。傳遞函數(shù)中沒有右極點、右零點的系統(tǒng)，稱為最小相角系統(tǒng)（最小相位系統(tǒng)）。穩(wěn)定判據(jù)及穩(wěn)定裕度1.奈氏判據(jù) 2.對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)：一個反饋控制系統(tǒng)，其閉環(huán)特征方程正實部根個數(shù)為Z，可以根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)右半s平面極點數(shù)P和開環(huán)對數(shù)幅頻特性為正值的所有頻率范圍內(nèi)，對數(shù)相頻曲線對-180°線的正負穿越之差

10、N=N+-N-決定 Z=P-2NZ=0，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；否則，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定裕度 1 相位裕量: 定義為180°+開環(huán)幅相曲線幅值為1時的相角。值越大，其系統(tǒng)的穩(wěn)定程度越高，工程上一般要求40°(40°60°)。 2 幅值裕量h：開環(huán)幅相曲線與負實軸交點處的模值|G(jg)H(jg)|的倒數(shù)。Lh值越大，其閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定程度越高，一般要求Lh6 dB(610 dB)。第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正在校正裝置中，常采用比例(P)、微分(D)、積分(I)、比例微分(PD)、比例積分(PI)、比例積分微分(PID)等基本的控制規(guī)律。1. 比例(P)控制作用：在系統(tǒng)中增大比例系數(shù)Kp可減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差以提高穩(wěn)態(tài)精度。 增加Kp可降低系統(tǒng)的慣性，減小一階系統(tǒng)的時間常數(shù)，改善系統(tǒng)的快速性。 提高Kp往往會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，甚至會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。2. 比例微分(PD)控制作用：PD控制具有超前校正的作用，能給出控制系統(tǒng)提前開始制動的信號，具有“預(yù)見”性，能反應(yīng)偏差信號的變化速率(變化趨勢)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引進一個有效的早期修正信號，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時還可以提高系統(tǒng)的快速性。其缺點是系統(tǒng)抗高頻干擾能力差。3. 比例積分(PI)控制作用：在系統(tǒng)中