控制工程基礎(chǔ)課程提綱答案課件

1、控制工程基礎(chǔ)提綱 河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 實(shí)驗(yàn)樓A210 電話：85191934 zhiqianmei第一章 自動(dòng)控制的一般概念Ch1.1 基本原理與方法反饋控制原理自動(dòng)控制的定義；反饋控制的本質(zhì)。二反饋控制系統(tǒng)的基本組成1.給定元件; 2.反饋元件; 3.比較元件; 4.放大元件; 5.執(zhí)行元件; 6.校正元件.三. 基本控制方式1.開(kāi)環(huán)控制； 2. 閉環(huán)反饋控制Ch1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類按輸入量的特征分類1.恒值控制系統(tǒng); 2.程序控制系統(tǒng);3.伺服系統(tǒng).二. 按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類1.連續(xù)控制系統(tǒng);2.離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)三. 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)線性控制系統(tǒng);非線性控制系統(tǒng)Ch1.

2、3對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.穩(wěn)定性;2.精確性;3.快速性（動(dòng)態(tài)性能）.第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型Ch2.1 控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型一.建立控制系統(tǒng)中元件時(shí)域數(shù)學(xué)模型步驟二.建立整個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型步驟三.時(shí)域數(shù)學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式四.絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型的建立Ch2.2 控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型(傳遞函數(shù))一.拉氏變換的主要運(yùn)算定理1.線性定理；2.微分定理；3.位移定理；4.終值定理二.傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)1.前提條件: (1)時(shí)域數(shù)學(xué)模型為線性定常系統(tǒng)； (2)零初始狀態(tài).三.典型元件的傳遞函數(shù)注意：各典型元件的標(biāo)準(zhǔn)形式比例環(huán)節(jié)一階微分環(huán)節(jié)二階微分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)延遲環(huán)節(jié)純

3、微分環(huán)節(jié)Ch2.3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號(hào)流圖一.結(jié)構(gòu)圖的組成與繪制二.結(jié)構(gòu)圖的等效變換和簡(jiǎn)化1.串聯(lián)方框的簡(jiǎn)化;2.并聯(lián)方框的簡(jiǎn)化;3.反饋方框的簡(jiǎn)化;4.基于比較點(diǎn)的簡(jiǎn)化;5.基于引出點(diǎn)的簡(jiǎn)化.三.信號(hào)圖的組成及性質(zhì)1.組成:(1)節(jié)點(diǎn):輸入節(jié)點(diǎn);輸出節(jié)點(diǎn);混合節(jié)點(diǎn).(2)支路.(3)通路.(4)回路.(5)不接觸回路.四.信號(hào)圖的繪制五.梅遜(Mason)公式要求：利用結(jié)構(gòu)圖的等效變換和簡(jiǎn)化求整個(gè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)與利用信號(hào)流圖及梅遜(Mason)公式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)掌握其中一個(gè)。第三章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法Ch3.1 系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo)時(shí)域分析的三大任務(wù)：1.系統(tǒng)分析；2.綜合或設(shè)計(jì)；3.

4、系統(tǒng)模型辨識(shí)。二. 典型輸入信號(hào):單位階躍函數(shù);單位斜坡函數(shù);單位加速度函數(shù);單位脈沖函數(shù);正弦函數(shù).二.系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程：1.動(dòng)態(tài)過(guò)程；2.穩(wěn)態(tài)過(guò)程Ch3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)域分析數(shù)學(xué)模型(傳遞函數(shù))二. 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)三.一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)過(guò)渡時(shí)間：系統(tǒng)輸出（響應(yīng)）與其穩(wěn)態(tài)值誤差絕對(duì)值小于2%所對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間。四. 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)性質(zhì)：(1)經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間(4T)，輸出增長(zhǎng)速率近似與輸入相同；(2)輸出相對(duì)于輸入滯后時(shí)間T；(3)穩(wěn)態(tài)誤差=TCh3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)域分析一. 傳遞函數(shù)二.閉環(huán)特征方程根（閉環(huán)極點(diǎn)）三.四種阻尼欠阻尼： 0 1； 零阻尼： =0四. 二階系統(tǒng)

5、的單位階躍響應(yīng)1.欠阻尼2. 零阻尼3.臨界阻尼五. 欠阻尼二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析1.三個(gè)衡量系統(tǒng)響應(yīng)快速性能指標(biāo)峰值時(shí)間：上升時(shí)間：調(diào)節(jié)（過(guò)渡）時(shí)間：2.兩個(gè)衡量系統(tǒng)響應(yīng)平穩(wěn)性的性能指標(biāo)超調(diào)量：振蕩次數(shù)六.改善二階系統(tǒng)性能的常用方法1. PID控制方法；2. 測(cè)速反饋控制方法Ch3.4線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一. 穩(wěn)定的充要條件二. 穩(wěn)定性判別的Routh判據(jù)三. 穩(wěn)定性判別的Hurwitz判據(jù)要求：掌握熟練其中一個(gè)穩(wěn)定性判據(jù)。Ch3.5線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算一. 系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差以及相互關(guān)系二. 單位負(fù)反饋系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算三. 與輸入有關(guān)的穩(wěn)態(tài)誤差階躍、斜坡和加速度三個(gè)典型輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的

6、各自系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差四.與系統(tǒng)類型有關(guān)的穩(wěn)態(tài)誤差 開(kāi)環(huán)無(wú)積分環(huán)節(jié)、有一個(gè)積分環(huán)節(jié)、有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)階躍、斜坡和加速度三個(gè)典型輸入信號(hào)時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。第四章 線性系統(tǒng)的根軌跡法Ch4.1 根軌跡的幅角條件Ch4.2 根軌跡繪制的基本法則根軌跡起點(diǎn)與終點(diǎn)根軌跡分支條數(shù)，連續(xù)性和對(duì)稱性判斷實(shí)軸上某一區(qū)段是否為根軌跡根軌跡的漸近線與實(shí)軸交點(diǎn)坐標(biāo)、與 實(shí)軸傾角五. 根軌跡的分離點(diǎn)(重合點(diǎn)): d六.根軌跡與虛軸的交點(diǎn)1. 代入特征方程開(kāi)環(huán)零點(diǎn)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)2. 利用Routh表方法七. 根軌跡的起始角和終止角要求熟練掌握前六條關(guān)于根軌跡的繪制法則，了解第七條法則。Ch4.3 廣義根軌跡系統(tǒng)的等效開(kāi)環(huán)

7、傳遞函數(shù)根軌跡繪制法則在廣義根軌跡繪制中的應(yīng) 用三. 從根軌跡的角度，理解附加開(kāi)環(huán)零點(diǎn)的作 用第五章 線性系統(tǒng)的頻域分析法Ch5.1頻率特性求法1. 2. 系統(tǒng)的零-極點(diǎn)圖表示系統(tǒng)的頻率特性頻率特性的幾何表示法幅相頻率特性曲線: 極坐標(biāo)圖(Nyquist曲線)對(duì)數(shù)頻率特性曲線 (Bode圖) 兩張圖分別表示幅值頻率特性和相角頻率特性，其中兩張圖中橫坐標(biāo)：輸入信號(hào)的頻率采用對(duì)數(shù)分度， 幅值（單位dB, 20lg(A)）/相角則采用線性分度Ch5.2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解和開(kāi)環(huán)頻率特性曲線的繪制一.典型環(huán)節(jié)的頻率特性的Nyquist曲線Bode圖表示比例環(huán)節(jié)2. 積分環(huán)節(jié)3. 微分環(huán)節(jié)4. 慣性

8、環(huán)節(jié)5. 一階微分環(huán)節(jié)6. 振蕩環(huán)節(jié)二. 開(kāi)環(huán)Nyquist曲線1.Nyquist曲線的范圍：通過(guò)開(kāi)環(huán)相頻特性的取值范圍確定Nyquist曲線在復(fù)平面中的哪個(gè)（幾個(gè)）象限。2.特征點(diǎn):起點(diǎn)：終點(diǎn)：與實(shí)軸的交點(diǎn)：與虛軸的交點(diǎn)：考慮到在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性判別中的應(yīng)用，Nyquist曲線與負(fù)實(shí)軸的交點(diǎn)位置尤其重要。三.開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線(Bode圖)一般方法Bode圖有兩張圖構(gòu)成，即對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻特性曲線。它們都可以由構(gòu)成開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)各自的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻特性曲線疊加而成。2. 簡(jiǎn)易方法 對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線有以下簡(jiǎn)易方法：Ch5.3頻率域穩(wěn)定性判據(jù)Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)：利用系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Nyquist曲線判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。Z: 系統(tǒng)閉環(huán)在S右半平面中的極點(diǎn)個(gè)數(shù)P: 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)在S右半平面中的極點(diǎn)個(gè)數(shù)R: 開(kāi)環(huán)圍繞點(diǎn)(-1,0j)反時(shí)針的圈數(shù)三者關(guān)系：R的計(jì)算： Nyquist曲線自下向上穿越實(shí)軸的 區(qū)段，計(jì)為一次負(fù)穿越，用 表示總次數(shù)； 表示總正穿越次數(shù)如果開(kāi)環(huán)的積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)大于等于2，即 ,那么，先在Nyquist的起點(diǎn)處反時(shí)針補(bǔ)畫一半徑為A(0)無(wú)窮大，中心角