(完整版)自動控制原理知識點匯總

1、完整版)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)語被控對象 :是指要務實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)施或生產(chǎn)過程。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。控制器：又稱調(diào)理器、控制裝置，由控制元件構(gòu)成，它接受指令信號，輸出控制作用信 號于被控對象。給定值或指令信號 r(t) ：要求控制系統(tǒng)按必定規(guī)律變化的信號，是系統(tǒng)的輸入信號。擾亂信號 n(t) ：又稱擾動值，是一種對系統(tǒng)的被控量起損壞作用的信號。反應信號 b(t) ：是指被控量經(jīng)丈量元件檢測后回饋送到系統(tǒng)輸入端的信號。偏差信號e(t):是指給定值與被控量的差值，或指令信號與反應信

2、號的差值。 閉環(huán)控制的主要長處 ：控制精度高，抗擾亂能力強。弊端 ：使用的元件多，線路復雜，系統(tǒng)的剖析和設(shè)計都比較麻煩。對控制系統(tǒng)的性能要求:穩(wěn)固性 迅速性 正確性穩(wěn)固性和迅速性反應了系統(tǒng)的過渡過程的性能。 正確性是權(quán)衡系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的指標，反應了動向過程后期的性能。第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型拉氏變換的定義 :F ( s)f ( t )e- st d t0幾種典型函數(shù)的拉氏變換單位階躍函數(shù) 1(t)單位斜坡函數(shù)等加快函數(shù)指數(shù)函數(shù) e-at正弦函數(shù) sin st余弦函數(shù) cos s t單位脈沖函數(shù)(函數(shù))拉氏變換的基本法例1. 線性法例微分法例積分法例L f ( t )d t1 F ( s )s終

3、值定理e( ) lim e( t ) lim sE ( s)ts 0位移定理)L f (t o e o sF(s)l eat f ( t )F ( s a )傳達函數(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)(或元零件)的傳達函數(shù)。動向構(gòu)造圖及其等效變換串連變換法例并聯(lián)變換法例反應變換法例比較點前移“加倒數(shù)”；比較點后移“加自己”。引出點前移“加自己”；引出點后移“加倒數(shù)”梅森(S. J. Mason )公式求傳達函數(shù)典型環(huán)節(jié)的傳達函數(shù)比率(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)G ( s)2 Ts 1PkPk第三章時域剖析法二階系統(tǒng)剖析K.2n

4、JF.J完整版）自動控制原理知識點匯總二階系統(tǒng)的單位階躍響應過阻尼1的狀況：系統(tǒng)閉環(huán)特色方程有兩個不相等的負實根。過阻尼二階系統(tǒng)能夠當作兩個時間常數(shù)不一樣的慣性環(huán)節(jié)的串連。當Ti=T2（ E =1的臨界阻尼狀況）:調(diào)理時間ts=4.75T 1 ；當 T1=4T 2（ g =1.25）時：ts & ；當 T14T 2（ g 1.25）時：ts 心 3T1。 臨界阻尼 g=1的狀況：欠阻尼0 g1的狀況：安穩(wěn)性：阻尼比 g越大，超調(diào)量越小，響應的振蕩偏向越弱，安穩(wěn)性越好。反之，阻尼比 越小，振蕩越強，安穩(wěn)性越差。迅速性：g過大，系統(tǒng)響應愚鈍，調(diào)理時間ts長，迅速性差；g過小，固然響應的開端速度ts

5、ts也長，迅速性差。arccos欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應性能指標arccos上漲時間和阻尼頻次峰值時間超調(diào)量。h( $ )1100%100%tr4.調(diào)理時間 當阻尼比tsI 0.8時，近似取為ts（取5%偏差帶）ts(h( $ )1100%100%tr4.調(diào)理時間 當阻尼比tsI m(即傳達函數(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：求傳達函數(shù)。繪制對數(shù)幅頻特征的步驟：確立出系統(tǒng)開環(huán)增益K，并計算201gK。確立各相關(guān)環(huán)

6、節(jié)的轉(zhuǎn)折頻次，并把相關(guān)的轉(zhuǎn)折頻次標明在半對數(shù)坐標的橫軸上。在半對數(shù)坐標上確立 s =l(l/s)且縱坐標等于20lgK dB的點A。過A點做向來線，使其斜 率等于-20 v dB/十倍頻程。當v=0, v=1, v時=2，斜率分別是(0，-20，-40)/十倍頻程。從低頻段第一個轉(zhuǎn)折頻次開始做斜直線，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，階微分環(huán)節(jié)加+20 的斜率)，這樣過每一個轉(zhuǎn) 折頻次都要進行斜率的加減。高頻段最后的斜線的斜率應等于-20(n-m) dB/十倍頻程。若系統(tǒng)中有振蕩環(huán)節(jié)，當Z時，需對L( s)進行修正。繪制對數(shù)相頻特征的步驟：

7、在半對數(shù)坐標紙上分別繪制出各環(huán)節(jié)的相頻特征曲線。將各環(huán)節(jié)的相頻特征曲線沿縱坐標方向相加，進而獲得系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻特征曲線e (s)o當 s f 0 時，e( s) f - v 90o 當 s f 8時，e( s) f-(n-m)90o系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特征曲線與橫軸(0 dB線)交點的頻次稱為 穿越頻次或截止頻次sco系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)相頻特征曲線與-180。線交點的頻次稱為 相頻截止頻次sgo傳達函數(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)固判據(jù)及穩(wěn)固裕度奈氏判據(jù)對數(shù)頻次穩(wěn)固判據(jù)對數(shù)頻次穩(wěn)固判據(jù)：一個反應控制系統(tǒng)，其閉環(huán)特色方程正實部根個數(shù)為乙能夠依據(jù)開環(huán)傳達函數(shù)右半s平面極

8、點數(shù)P和開環(huán)對數(shù)幅頻特征為正當?shù)娜款l次范圍內(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)固；不然，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)固?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)固裕度1 相位裕量Y :定義為180 +開環(huán)幅相曲線幅值為1時的相角。Y值越大，其系統(tǒng)的穩(wěn)固程度 越高，工程上一般要求丫上40 (40 60 )。180180 o G j c H1802 幅值裕量h :開環(huán)幅相曲線與負實軸交點處的模值IG(jg)H(j)1的倒數(shù)。2 幅值裕量h :開環(huán)幅相曲線與負實軸交點處的模值IG(jg)H(j)1的倒數(shù)。L hG j g H j g020 lg G(dB)L值越大，其閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)固程度越

9、高，一般要求L 2 6 dB(610 dB)。h第六章自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校訂在校訂裝置中，常采納比率(P)、微分(D)、積分、比率微分(PD)、比率積分(PI)、比率積分 微分(PID)等基本的控制規(guī)律。比率(P)控制作用：在系統(tǒng)中增大比率系數(shù)Kp可減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差以提升穩(wěn)態(tài)精度。增添Kp可降低系統(tǒng)的慣性，減小一階系統(tǒng)的時間常數(shù)，改良系統(tǒng)的迅速性。提升Kp常常會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)固性，甚至會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)固。比率-微分(PD)控制作用：PD控制擁有超前校訂的作用，能給出控制系統(tǒng)提早開始制動的信號，擁有“預示”性，能反響偏差信號的變化速率 (變化趨向)，并能在偏差信號變得太大以前，在系統(tǒng)中引進 一個有效的初期修正信號，有助于增添系統(tǒng)的穩(wěn)固性，同時還能夠提升系統(tǒng)的迅速性。其弊端是系統(tǒng)抗高頻擾亂能力差。比率積分(PI)控制作用：在系統(tǒng)中主要用于在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)固的基礎(chǔ)上提升系統(tǒng)的型別，進