自動控制原理

自動控制原理解答題所謂自動控制原理是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（控制裝置或控制器，使機器，設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)，或參數(shù)（被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行）開環(huán)控制方式是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。閉環(huán)控制方式是指控制裝置與被控對象既有順向作用又有反向聯(lián)系的控制過程。對自動控制系統(tǒng)的基本要求為穩(wěn)定性，快速性和準(zhǔn)確性，即穩(wěn)準(zhǔn)快的要求。線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，定義為零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。典型輸入信號單位階躍函數(shù)1(t)，t>=01/s單位斜坡函數(shù)t，t>=01/S2單位加速度函數(shù)1/2氣2,t>=01/S3單位脈沖函數(shù)S(t),t=01正弦函數(shù)AsinwtAw/s2+w2上升時間tr指響應(yīng)從終值10%上升到終值90%所需要的時間；對于有振蕩的系統(tǒng)，亦可定義為響應(yīng)從零第一次上升到終值所需的時間。上升時間是系統(tǒng)響應(yīng)速度的一種度量，上升時間越短響應(yīng)速度越快。峰值時間tp:指響應(yīng)超過其終值到達第一個峰值所需的時間調(diào)節(jié)時間ts:指響應(yīng)到達并保持在終值+5%內(nèi)所需的最短時間超調(diào)量。％：指響應(yīng)的最大偏移量c(tp)與終值c(8)向差與終值C(8)比的百分?jǐn)?shù)，即。%=C(tp)-C(8)/c(8)*100%Q(s)=C(s)/R(s)=Wn2/(S2+23WnS+Wn2) P72頁在改善二階系統(tǒng)性能的方法中，比例微分控制和測速反饋控制是兩種常用的方法。在所有閉環(huán)極點中，距虛軸最近的極點周圍沒有閉環(huán)零點，而其他閉環(huán)極點又遠離虛軸。那么距離虛軸最近的閉環(huán)極點所對應(yīng)的響應(yīng)分量，隨時間的推移衰減緩慢，在系統(tǒng)的時間響應(yīng)過程中起主導(dǎo)作用，這樣的閉環(huán)極點就稱為閉環(huán)主導(dǎo)極點。線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根均具有負實部：或者說，閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點均位于S左半平面。階躍輸入作用下：ess(8)=R/(1+Kp) P104~106為了減小或消除系統(tǒng)在輸入信號和擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，可以采用以下措施（1） 增大系統(tǒng)開環(huán)增益或擾動作用點之前系統(tǒng)的前向通道增益。（2） 在系統(tǒng)的前向通道或主反饋通道設(shè)置串聯(lián)積分環(huán)節(jié)。（3） 采用串級控制抑制內(nèi)回路擾動。根軌跡簡稱根跡，它是開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變到無窮時，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根在S平面上變換的軌跡。以非開環(huán)增益為可變參數(shù)繪制的根軌跡稱為參數(shù)根軌跡頻率特性的概念：線性定常系統(tǒng)（或元件）在正弦輸入信號作用下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸入和輸出的復(fù)數(shù)比叫做系統(tǒng)（或元件）的頻率特性。奈氏判據(jù)：反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是奈氏曲線反時針包圍臨界點（-1，j0）的圈數(shù)R等于開環(huán)傳遞函數(shù)在右半S平面的極點數(shù)P，即R=P,Z=0;否則閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，Z不等于0，存在閉環(huán)正實部特征根的個數(shù)Z可按下式確定Z=P-R。（1）增加開環(huán)零點將引起系統(tǒng)根軌跡形狀的變化，因而影響了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其瞬態(tài)響應(yīng)特性.（2）增加開環(huán)零點將使系統(tǒng)的根軌跡向左彎曲，并在趨向于附加零點的方向發(fā)生變形。若增加的零點位于左半平面，系統(tǒng)的根軌跡向左偏移，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于系統(tǒng)動態(tài)特性的改善，且開環(huán)零點離虛軸越近，系統(tǒng)動態(tài)特性改善越顯著。(3)增加開環(huán)極點使根軌跡右移，將可能使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)一個反饋系統(tǒng)，其閉環(huán)特性方程正實根個數(shù)Z，可以根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)右半平面極點數(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)相頻曲線與-180o線的正負穿越次數(shù)之差N=N+-N確定，即Z=P-2NZ=0,閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)校正方式可分為串聯(lián)校正，反饋校正，前饋校正和復(fù)合校正4種。PD控制器中的微分控制規(guī)律，能反映輸入信號的變化趨勢，產(chǎn)生有效的早期修正信號，以增加系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在串聯(lián)校正時，可使系統(tǒng)增加一個-1/z的開環(huán)零點，使系統(tǒng)的相角裕度提高，因而有助于系統(tǒng)動態(tài)性能的改善。在串聯(lián)校正時，PI控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個位于原點的開環(huán)極點，同時也增加了一個位于s左半平面的開環(huán)零點。位于原點的極點可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而增加的負實零點，則用來減小系統(tǒng)的阻尼程度，緩和PI控制器極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性及動態(tài)過程產(chǎn)生的不利影響。只要積分時間常數(shù)Ti足夠大，PI控制器對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱，在控制工程實踐中，PI控制器對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱，在控