自動控制原理課程綜述報告模板

HEFEIUNIVERSITY自動控制原理課程綜述報告系別電子信息與電氣工程系班級自動化姓名學號完成時間2011/12/30摘要：在現(xiàn)代科學技術的眾多領域中，自動控制技術起著越來越重要的作用。自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器，設備或生產過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動地按照預定的規(guī)律運行。關鍵詞：正文：根據(jù)系統(tǒng)結構圖應用結構圖的等效變換和簡化或者應用信號流圖與梅森公式求傳遞函數(shù)一、控制系統(tǒng)3種模型，即時域模型----微分方程；復域模型——傳遞函數(shù)；頻域模型——頻率特性。其中重點為傳遞函數(shù)。在傳遞函數(shù)中，需要理解傳遞函數(shù)定義（線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換式與輸入量的拉氏變換式之比）和性質。二、結構圖的等效變換和簡化---實際上，也就是消去中間變量求取系統(tǒng)總傳遞函數(shù)的過程。1．等效原則：變換前后變量關系保持等效，簡化的前后要保持一致2．結構圖基本連接方式只有串聯(lián)、并聯(lián)和反饋連接三種。如果結構圖彼此交叉，看不出3種基本連接方式，就應用移出引出點或比較點先解套，再畫簡。其中：引出點前移在移動支路中乘以。（注意：只須記住此，其他根據(jù)倒數(shù)關系導出即可）；引出點后移在移動支路中乘以；相加點前移在移動支路中乘以；相加點后移在移動支路中乘以。三.應用信號流圖與梅森公式求傳遞函數(shù)梅森公式：式中，P—總增益；n—前向通道總數(shù)；Pk—第k條前向通道增益；△—系統(tǒng)特征式，即Li—回路增益；∑La—所有回路增益之和；∑LbLc—所有兩個不接觸回路增益乘積之和；∑LdLeLf—所有三個不接觸回路增益乘積之和；△k—第k條前向通道的余因子式，在△計算式中刪除與第k條前向通道接觸的回路。一般給出的是結構圖，若用梅森公式求傳遞函數(shù)，則必須先畫出信號流圖。注意2：在應用梅森公式時，一定要注意不要漏項。前向通道總數(shù)不要少，各個回路不要漏。線性系統(tǒng)的時域分析四、時域分析方法和思路：已知系統(tǒng)輸入和系統(tǒng)模型，求時域響應。例1：求一階系統(tǒng)的單位階躍響應。1）輸入，則其拉氏變換為，則2）3）對上式取拉氏反變換，得其響應單位階躍信號的響應為：五、線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)特征根均需具有負實部或者說的極點都在在s平面右半部分。---系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)本來的固有特性，與外輸入信號無關。1．只有當系統(tǒng)的特征根全部具有負實部時，系統(tǒng)達到穩(wěn)定。2．如果特征根中有一個或一個以上具有正實部，則這表明系統(tǒng)不穩(wěn)定；3．如果特征根中具有一個或一個以上的零實部根，而其余的特征根均具有負實部，則脈沖響應函數(shù)趨于常數(shù)，或者趨于等幅正弦(余弦)振蕩，稱為臨界穩(wěn)定。六、二階系統(tǒng)單位階躍響應及其欠阻尼情況下指標計算1．熟悉二階系統(tǒng)單位階躍響應的3個對應關系，即：不同阻尼比類型—不同單位階躍的時間響應波形圖---不同系統(tǒng)穩(wěn)定性2．二階系統(tǒng)欠阻尼單位階躍響應的指標計算：欠阻尼二階系統(tǒng)上升時間、峰值時間、調節(jié)時間、超調量計算（公式必須牢記），其中，阻尼角，阻尼振蕩頻率七、附加閉環(huán)負實零點對系統(tǒng)影響具有閉環(huán)負實零點時的二階系統(tǒng)分析對系統(tǒng)的作用表現(xiàn)為：1.僅在過渡過程開始階段有較大影響；2.附加合適的閉環(huán)負實零點可使系統(tǒng)響應速度加快，但系統(tǒng)的超調量略有增大；3.負實零點越接近虛軸，作用越強。八、利用勞斯判據(jù)判定系統(tǒng)穩(wěn)定性并求使得系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)條件。1．根據(jù)特征方程：，則線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是勞斯表首列元素均大于零；首列系數(shù)符號改變次數(shù)與分布在s平面右半部的極點個數(shù)相同。2．勞斯表特殊情況時，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定或者不穩(wěn)定。3．如果系統(tǒng)穩(wěn)定，則特征方程系數(shù)同號且不缺項；4．利用勞斯判據(jù)判定系統(tǒng)穩(wěn)定性1.穩(wěn)態(tài)誤差定義：其中，誤差傳遞函數(shù)，2．終值定理法求穩(wěn)態(tài)誤差如果有理函數(shù)除了在原點有唯一的極點外，在s右半平面及虛軸解析，即的極點均位于s左半平面（包括坐標原點），則根據(jù)終值定理可求穩(wěn)態(tài)誤差。3．系統(tǒng)型別ν-定義為開環(huán)傳遞函數(shù)在s平面的積分環(huán)節(jié)個數(shù)。其中，K：系統(tǒng)的開環(huán)增益（放大倍數(shù)），ν為型別。4．基于靜態(tài)誤差系數(shù)的穩(wěn)態(tài)誤差---當-輸入為階躍、速度、加速度信號及其組合信號時，?靜態(tài)位置誤差系數(shù)，?靜態(tài)速度誤差系數(shù)，?靜態(tài)加速度誤差系數(shù)，線性系統(tǒng)的根軌跡法九、根軌跡定義：開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從時，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根（閉環(huán)極點）在[s]平面變化的軌跡。[注]：根軌跡是閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根的軌跡。十、根軌跡法中開環(huán)傳遞函數(shù)的標準形式——零極點形式，稱為開環(huán)系統(tǒng)根軌跡增益[注]：變化的參數(shù)以規(guī)范形式出現(xiàn)在分子上。開環(huán)系統(tǒng)零極點形式表示，s項的系數(shù)為1；十一、線性系統(tǒng)的校正方法要求：1）在三頻段理論基礎上，能夠熟練應用基于頻率法的串聯(lián)超前、滯后和滯后—超前校正設計需要的系統(tǒng)。2）至于根軌跡校正，要求掌握其基本原理（與基于頻率法的串聯(lián)超前、滯后和滯后—超前校正可以相對應），但是由于計算起來太繁雜，一般不采用。十二、頻域分析法中開環(huán)傳遞函數(shù)的標準形式為——時間常數(shù)形式二、最小相位系統(tǒng)開環(huán)幅相曲線的繪制1）極坐標圖的起點：，2）極坐標圖的終點：：當時，。3）與實軸交點--------4）從起點到終點的相角及與實軸交點位置共同決定曲線所在象限。K值變化僅改變幅相曲線的幅值及與實軸交點的位置，不改變其形狀。十三、線性系統(tǒng)的頻域分析法最小相位系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)漸近幅頻特性曲線（Bode圖）的繪制將開環(huán)傳遞函數(shù)分解成典型環(huán)節(jié)乘積的形式；將各典型環(huán)節(jié)的轉折頻率由低到高從左向右依次標注在橫軸上（不妨設為：），將（最小轉折頻率）的頻率范圍設為低頻段。（3）在低頻段，開環(huán)對數(shù)漸近幅頻特性可見，其直線斜率為－20。但是要畫出這低頻段漸近特性直線，還必須確定該直線或其延長線上一點法1：在小于第一個轉折頻率內任選一點，計算。--常用法2：取特定頻率，計算。法3：取為特殊值0，則，則計算出。（4）從低頻以后，沿頻率增大的方向，每遇到一個轉折頻率就改變直線斜率，變化規(guī)律取決于該轉折頻率對應的典型環(huán)節(jié)種類。如果典型環(huán)節(jié)為慣性環(huán)節(jié)或振蕩環(huán)節(jié)，在交接頻率之后，斜率要減小20dB/dec或40db/dec；如果典型環(huán)節(jié)為一階微分環(huán)節(jié)或二階微分環(huán)節(jié)，在交接頻率之后，斜率要增加20db/dec或40db/dec。即一階20dB/dec的整數(shù)倍，二階40dB/dec的整數(shù)倍。（5）繪出用漸近線表示的對數(shù)幅頻特性以后，如果需要，可以進行修正。通常只需修正轉折頻率處幅值就可以了。對于一階項，在轉折頻率處的修正值為±3dB；對于二階項，在轉折頻率處的修正值可由公式求出。十四、開環(huán)對數(shù)幅頻特性的三頻段理論1．低頻段決定了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。低頻段通常是指的開環(huán)對數(shù)漸近曲線在第一個轉折頻率以前的區(qū)段，這一段的特性完全由積分環(huán)節(jié)v和開環(huán)增益K決定。2．中頻段是指穿過0dB線(即附近)的頻段，其斜率及寬度(中頻段長度)集中反映了動態(tài)響應中的平穩(wěn)性和快速性。一般的，中頻段在附近以斜率為下降的直線。3．高頻段指曲線在中頻段以后的區(qū)段，反映出系統(tǒng)的低通濾波特性，形成了系統(tǒng)對高頻干擾信號的抑制能力。心得體會在現(xiàn)代科學技術的眾多領域中，自動控制技術起著越來越重要的作用。自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器，設備或生產過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動地按照預定的規(guī)律運行。自動控制系統(tǒng)已被廣泛應用于人類社會的各個領域。在工業(yè)方面，對于化工、機械制造等生產過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、相位等，都有相應的控制系統(tǒng)。在農業(yè)方面的應用包括水位自動控制系統(tǒng)、農業(yè)機械的自動操作系統(tǒng)等。此外，在辦公室自動化、圖書管理、交通管理乃至日常家務方面，自動控制技術也都有著實際的應用。隨著控制理論和控制技術的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)的應用領域還在不斷擴大，幾乎涉及生物、醫(yī)學、生態(tài)、經濟、社會等所有領域。自控涉及的只是很廣，所需的知識較多。當然，由于本科階段時間有限，我們不能很好的更深入的學習自動控制這門課。通過半年的學習，我們對自動控制原理有了比較一定的認識，并能簡單運用自動控制解決一些簡單問題。我們運用平時所學的一些基礎知識解決了課程設計的問題，深感欣慰、高興。通過本次的課程設計，我們又對自控有了一定的加深。并知道了在當今的信息技術如此發(fā)達的世界中，我們必須運用多種渠道，去學習研究。并要很好的運用計算機和一些軟件，只有這樣，我們才能更好地、精確地、快速地解決問題。平時只有理論知識學習，卻缺少必須的動手機會，當然在實驗課上，也鍛煉了自己的動手能力?？墒?，畢竟課上時間有限，不能深入的完成實驗。要把理論轉化為實踐是必須的，學生必須盡力為自己尋找一些實驗，動手的機會。課程設計為我們提供了這樣的機會。課設過程中，大家自己獨立思考，完成老師布置的題目，學習了很多東西，把自己所學用于實際，自己倍感