自控原理總復(fù)習(xí)3

自動(dòng)控制的概念控制系統(tǒng)的組成：能對(duì)照控制系統(tǒng)實(shí)例說明其組成[被控對(duì)象、控制裝置（測(cè)量元件、比較元件、執(zhí)行元件、給定元件、放大元件、校正元件）]。3.三種控制方式：能對(duì)照控制系統(tǒng)實(shí)例說明其控制方式（開環(huán)、閉環(huán)、復(fù)合）4.控制系統(tǒng)中傳遞的信號(hào)：能說明控制系統(tǒng)實(shí)例中對(duì)應(yīng)的信號(hào)（輸入信號(hào)、擾動(dòng)信號(hào)、輸出信號(hào)、反饋信號(hào)、偏差信號(hào)、誤差信號(hào)

）5.負(fù)反饋控制的工作原理第一章1在沒人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器）使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（稱被控量）自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制2按給定值操縱的開環(huán)控制3按干擾補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)控制4閉環(huán)控制5復(fù)合控制6反饋：輸出量送回至輸入端并與輸入信號(hào)比較的過程。正反饋不能進(jìn)行控制，會(huì)使系統(tǒng)的偏差越來越大。只有負(fù)反饋控制系統(tǒng)才能完成自動(dòng)控制的任務(wù)。負(fù)反饋控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)：檢測(cè)偏差，糾正偏差——按偏差控制7第二章線性微分方程的建立（略）小偏差線性化方法（略）傳遞函數(shù)：理解定義，會(huì)求給定系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)（框圖化簡(jiǎn)、梅森公式）典型系統(tǒng)的典型傳遞函數(shù)。8傳遞函數(shù)線性定常系統(tǒng)在輸入、輸出初始條件均為零的條件下，輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比，稱為該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。9(一)方框合并（1）串聯(lián)等效（2）并聯(lián)等效（3）反饋等效10(二)信號(hào)引出點(diǎn)或綜合點(diǎn)的移動(dòng)G(s)R1(s)BAC(s)R2(s)-G(s)1/G(s)R1(s)R2(s)B-C(s)(a)(b)G(s)AR1(s)R2(s)-C(s)BG(s)G(s)R1(s)R2(s)BC(s)-(a)(b)R2(s)R1(s)R2(s)R3(s)--E1C(s)R1(s)R3(s)R1(s)R3(s)R2(s)----C(s)C(s)(a)(b)(c)(1)綜合點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)則11(2)分支點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)則G(s)R(s)ABC1(s)C2(s)G(s)1/G(s)BR(s)C1(s)C2(s)G(s)R(s)ABC1(s)C2(s)G(s)G(s)AR(s)C1(s)C2(s)ABR(s)BAR(s)12Ur(s)Uc(s)sc11R11sc21R21錯(cuò)啦！你把綜合點(diǎn)與引出點(diǎn)互換位置了Uc(s)Ur(s)sc11R11sc21R21sc11Ur(s)Uc(s)sc11R11sc21R21正確的等效變換：向同類移動(dòng)??！131、求控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的傳遞函數(shù)。解(1)前向通路有1個(gè):

3個(gè)單獨(dú)回路:互不接觸回路14(2)前向通路有1個(gè):

3個(gè)單獨(dú)回路:互不接觸回路15解：有2個(gè)前向通路有5個(gè)單獨(dú)回路2、求如圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)1617第三章階躍響應(yīng)性能指標(biāo)的定義一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)（欠阻尼）性能分析及計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)定的數(shù)學(xué)條件，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性（勞斯判據(jù)）穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算（終值定理、靜態(tài)誤差系數(shù)法）1819（2）系統(tǒng)的超調(diào)量1、設(shè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示,試求：

（1）閉環(huán)傳遞函數(shù)（3）系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間解(1)閉環(huán)傳遞函數(shù)20（2）系統(tǒng)的超調(diào)量（3）系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間212、設(shè)單位負(fù)反饋二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖所示，試確定此系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)。解:22閉環(huán)傳遞函數(shù):由圖可知：tp=0.4秒23系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：系統(tǒng)的特征方程的所有根都具有負(fù)實(shí)部，或者說都位于S平面的虛軸之左。243、已知某調(diào)速系統(tǒng)的特征方程式為求該系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。解：列勞斯表由勞斯判據(jù)可知，若系統(tǒng)穩(wěn)定，則勞斯表中第一列的系數(shù)必須全為正值。因此可得：0<K<11.925

4、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為若要求閉環(huán)特征方程的實(shí)部均小于

1，K值應(yīng)取什么范圍？解:266310123K-10K-10S1S1S1S1列勞斯表：27210+SSS)1(10+E(S)22)(SSR=)(SC解:系統(tǒng)的輸入穩(wěn)態(tài)誤差

二階系統(tǒng)，系數(shù)均>0，該系統(tǒng)穩(wěn)定5、設(shè)控制系統(tǒng)方如圖所示，試求：系統(tǒng)的輸入穩(wěn)態(tài)誤差I(lǐng)型系統(tǒng)，斜坡輸入28第四章根軌跡概念（理解）根軌跡方程開環(huán)增益和根軌跡增益的關(guān)系常規(guī)根軌跡的繪制法則參量根軌跡（求等效傳遞函數(shù)）零度根軌跡（和常規(guī)根軌跡的區(qū)別）主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極子（理解）29根軌跡根軌跡是指系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中某個(gè)參數(shù)（如開環(huán)增益K）從零變到無窮時(shí)，閉環(huán)特征根在s平面上移動(dòng)的軌跡。（4－13）30相角方程（4－15）模值方程（4－14）31繪制根軌跡圖的十條規(guī)則序內(nèi)容規(guī)則1根軌跡的分支數(shù)＝系統(tǒng)的階數(shù)n＝開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)數(shù)(nm）2連續(xù)性對(duì)稱性根軌跡是連續(xù)變化的曲線或直線，且對(duì)稱于實(shí)軸3起點(diǎn)終點(diǎn)和終點(diǎn)起始于開環(huán)極點(diǎn)，終止于開環(huán)零點(diǎn)(包括m個(gè)有限零點(diǎn)和n-m個(gè)無窮遠(yuǎn)零點(diǎn))4實(shí)軸上根軌跡實(shí)軸根軌跡區(qū)段其右方實(shí)數(shù)極點(diǎn)個(gè)數(shù)、實(shí)數(shù)零點(diǎn)個(gè)數(shù)總和應(yīng)為奇數(shù)5漸近線有n-m條根軌跡分支沿著與正實(shí)軸夾角,截距為σa的一組漸近線趨于無窮遠(yuǎn)處,漸近線相交于實(shí)軸上的同一點(diǎn)：坐標(biāo)為：傾角為：32序內(nèi)容規(guī)則6起始角終止角極點(diǎn)處的起始角：零點(diǎn)處的終止角：7分離點(diǎn)分離點(diǎn)(會(huì)合點(diǎn))坐標(biāo)d的計(jì)算公式：8分離角會(huì)合點(diǎn)分離角與會(huì)合角：9與虛軸交點(diǎn)（1）滿足特征方程的值和Kg

值；（2）由勞斯陣列求得（及Kg值）；10閉環(huán)極點(diǎn)的和與積

根軌跡走向：一些軌跡向右，則另一些將向左331、設(shè)單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：試?yán)L制控制系統(tǒng)根軌跡圖。解：1：根軌跡的分支數(shù)n＝3根軌跡起始于開環(huán)極點(diǎn)0，－2，－4，終止無窮遠(yuǎn)開環(huán)零點(diǎn)2:實(shí)軸上的根軌跡線段是[－2，0]，（，－4]。344：根軌跡的分離點(diǎn)：舍去實(shí)軸交點(diǎn)與實(shí)軸夾角3：根軌跡的漸近線：共有3－0＝3條漸近線355：與虛軸交點(diǎn)（方法1）：代入實(shí)部，實(shí)部虛部方法2勞斯表：S318S26S10S0時(shí)，S1行全為0輔助方程：6S2＋48＝03637第五章頻率特性的定義（理解），幾種表示方法（會(huì)表示）典型環(huán)節(jié)的幅相特性和對(duì)數(shù)頻率特性（放到系統(tǒng)中會(huì)分析）系統(tǒng)開環(huán)幅相曲線和對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線的繪制方法（給傳遞函數(shù)會(huì)畫曲線，根據(jù)曲線會(huì)求傳遞函數(shù)）利用穿越次數(shù)計(jì)算N（分別在開環(huán)幅相曲線和對(duì)數(shù)幅頻上），從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度38頻率特性的定義

線性定常系統(tǒng)，在正弦信號(hào)作用下，輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入的復(fù)數(shù)比，稱為系統(tǒng)的頻率特性（即為幅相頻率特性，簡(jiǎn)稱幅相特性）。記做39頻率特性的幾種表示方法（1）指數(shù)形式（2）幅角(極坐標(biāo))形式（3）直角坐標(biāo)形式其中：40典型環(huán)節(jié)的nyquist圖和Bode圖1）比例環(huán)節(jié)2）微分環(huán)節(jié)3)積分環(huán)節(jié)414)慣性環(huán)節(jié)5)不穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)426)一階復(fù)合微分慣性環(huán)節(jié)437)振蕩環(huán)節(jié)448）二階復(fù)合微分459）延遲環(huán)節(jié)461、設(shè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，(1)畫出奈奎斯特（Nyquist）曲線；(2)利用奈奎斯特（Nyquist）穩(wěn)定判據(jù)，判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

解:(1)

畫出奈奎斯特（Nyquist）曲線47(2)由奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)可知，奈氏曲線不包圍（－1，0j）點(diǎn)該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(穩(wěn)定)482、已知開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性如下圖所示，試判斷閉環(huán)系統(tǒng)

的穩(wěn)定性，求出閉環(huán)系統(tǒng)在右半平面的極點(diǎn)數(shù)。

解.

493、設(shè)單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

（1）畫出系統(tǒng)Bode圖；（2）計(jì)算相角裕量和幅值裕量。解:（1）畫出系統(tǒng)Bode圖；5051在處的開環(huán)對(duì)數(shù)幅值為52

4、已知最小相位系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線，求開環(huán)傳遞函數(shù)。截止頻率w2<wc<w3,此時(shí)，對(duì)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)特性曲線產(chǎn)生影響的典型環(huán)節(jié)包括：比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、w1對(duì)應(yīng)的慣性環(huán)節(jié)和w2對(duì)應(yīng)的比例微分環(huán)節(jié)。53第六章校正的方式（串聯(lián)校正、反饋校正、復(fù)合校正）校正裝置的傳遞函數(shù)、特征點(diǎn)串聯(lián)超前校正的方法54這一最大值發(fā)生在對(duì)數(shù)頻率特性曲線的幾何中心處，對(duì)應(yīng)的角頻率為1、串聯(lián)相位超前校正超前角的最大值為：（6－1）相位超前校正裝置的傳遞函數(shù)552、串聯(lián)滯后校正滯后校正傳遞函數(shù)為:563、串聯(lián)滯后-超前超前部分滯后部分滯后-超前網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：幅值衰減，相角超前57第八章理解采樣保持的概念熟悉Z變換求系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)或輸出C(z)

判斷采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差。581、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-13所示，其中采樣周期s求其開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。59解：由于所以602、閉環(huán)采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示，其中采樣周期s，求閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，61解：62

3、已知離散系統(tǒng)特征方程，判定系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)不穩(wěn)定63