自動控制原理知識點匯總

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。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，線路復雜，系統(tǒng)的分析和設計都比較麻煩。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)sinωt6.余弦函數(shù)cosωt7.單位脈沖函數(shù)(δ函數(shù))拉氏變換的基本法則線性法則微分法則積分法則終值定理位移定理傳遞函數(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)變換法則并聯(lián)變換法則反饋變換法則比較點前移“加倒數(shù)”；比較點后移“加本身”。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)比例(放大)環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)一階微分環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)二階微分環(huán)節(jié)第三章時域分析法二階系統(tǒng)分析一階微分環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)二階微分環(huán)節(jié)一階不穩(wěn)定環(huán)節(jié)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①當頻率ω=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)ν。②0型系統(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-ν·90°。③當頻率ω=∞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ω=1(1/s)且縱坐標等于20lgKdB的點A。過A點做一直線，使其斜率等于-20νdB/十倍頻程。當ν=0,ν=1,ν=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等于-20(n-m)dB/十倍頻程。6.若系統(tǒng)中有振蕩環(huán)節(jié)，當ζ<0.4時，需對L(ω)進行修正。繪制對數(shù)相頻特性的步驟：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。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)相頻特性曲線φ(ω)。當ω→0時，φ(ω)→-ν·90°。當ω→∞時，φ(ω)→-(n-m)·90°。系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線與橫軸(0dB線)交點的頻率稱為穿越頻率或截止頻率ωc。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ωg。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)定裕度相位裕量γ:定義為180°+開環(huán)幅相曲線幅值為1時的相角。γ值越大，其系統(tǒng)的穩(wěn)定程度越高，工程上一般要求γ≥40°(40°~60°)。幅值裕量h：開環(huán)幅相曲線與負實軸交點處的模值|G(jωg)H(jωg)|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Lh≥6dB(6~10dB)。第六章自動控制系統(tǒng)的設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。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。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“預見”性，能反應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。比例積分(PI)控制作用：在系統(tǒng)中主要用于在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的型別，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。比例?積分?