自動(dòng)控制原理課件胡壽松官方版

自動(dòng)控制原理課件胡壽松官方版REPORTING目錄自動(dòng)控制概述控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法控制系統(tǒng)的頻域分析法控制系統(tǒng)的校正方法PART01自動(dòng)控制概述REPORTING定義與分類(lèi)自動(dòng)控制是利用物理裝置和數(shù)學(xué)模型，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的某些物理量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化的技術(shù)。根據(jù)不同的輸入和輸出，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)等?？偨Y(jié)詞自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義是指通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)物理量，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)或最優(yōu)狀態(tài)的技術(shù)。它利用各種物理裝置和數(shù)學(xué)模型，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位等物理量進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化。根據(jù)不同的輸入和輸出，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)等。詳細(xì)描述總結(jié)詞自動(dòng)控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、傳感器和被控對(duì)象等部分組成?？刂破鞲鶕?jù)傳感器采集的信號(hào)，通過(guò)計(jì)算和控制算法產(chǎn)生控制信號(hào)，執(zhí)行器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)被控對(duì)象的參數(shù)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二詳細(xì)描述一個(gè)典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、傳感器和被控對(duì)象等部分組成?？刂破魇窍到y(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收傳感器采集的信號(hào)，并根據(jù)控制算法計(jì)算出控制信號(hào)。執(zhí)行器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)被控對(duì)象的參數(shù)，使其達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)或最優(yōu)狀態(tài)。傳感器負(fù)責(zé)采集被控對(duì)象的參數(shù)，如溫度、壓力、流量等。被控對(duì)象是實(shí)際需要控制的設(shè)備或過(guò)程。自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成總結(jié)詞自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理是負(fù)反饋控制原理，即通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)被控對(duì)象的參數(shù)，使其達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)或最優(yōu)狀態(tài)。負(fù)反饋控制原理是自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。詳細(xì)描述自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理基于負(fù)反饋控制原理。負(fù)反饋控制是指通過(guò)比較實(shí)際輸出與期望輸出的偏差，將偏差信號(hào)反饋給控制器，控制器根據(jù)偏差信號(hào)調(diào)整執(zhí)行器的輸出，從而調(diào)節(jié)被控對(duì)象的參數(shù)，使其逐漸接近期望輸出。負(fù)反饋控制原理是自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，使系統(tǒng)在復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精確的控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理PART02控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型REPORTING通過(guò)系統(tǒng)的工作原理和物理特性，建立數(shù)學(xué)方程式來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。解析法實(shí)驗(yàn)法混合法通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)擬合數(shù)學(xué)模型。結(jié)合解析法和實(shí)驗(yàn)法，既利用系統(tǒng)的物理特性進(jìn)行解析建模，又通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型修正。030201建立數(shù)學(xué)模型的方法將非線性系統(tǒng)在一定條件下轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)，然后根據(jù)系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系建立線性微分方程。在建立微分方程時(shí)，需要考慮系統(tǒng)的初始狀態(tài)和邊界條件，以確保模型的準(zhǔn)確性。線性微分方程的建立初始條件和邊界條件線性化處理傳遞函數(shù)是描述線性時(shí)不變系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的函數(shù)關(guān)系。傳遞函數(shù)定義傳遞函數(shù)具有一些重要性質(zhì)，如線性性、時(shí)不變性、微分性等，這些性質(zhì)有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。傳遞函數(shù)的性質(zhì)傳遞函數(shù)的定義與性質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖是一種圖形表示方法，用于描述控制系統(tǒng)各部分之間的信號(hào)傳遞和相互作用。等效變換在動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中，可以通過(guò)一些等效變換簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如化簡(jiǎn)、合并、去耦等，以降低系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化與等效變換PART03控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法REPORTING如果系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能夠回到平衡狀態(tài)，則稱(chēng)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。定義根據(jù)系統(tǒng)特征方程的根來(lái)判斷，實(shí)部為負(fù)的根表示穩(wěn)定，實(shí)部為正的根表示不穩(wěn)定。穩(wěn)定性判據(jù)勞斯判據(jù)、赫爾維茨判據(jù)等。穩(wěn)定性的判定方法系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。定義一階系統(tǒng)是指?jìng)鬟f函數(shù)中只包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)的系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)性能分析方法根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)計(jì)算出系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，進(jìn)而分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析二階系統(tǒng)是指?jìng)鬟f函數(shù)中包含兩個(gè)極點(diǎn)的系統(tǒng)。定義阻尼比、自然頻率和固有頻率。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)計(jì)算出系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，進(jìn)而分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。動(dòng)態(tài)性能分析方法二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析

系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析定義穩(wěn)態(tài)性能是指系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下表現(xiàn)出的性能。穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)和輸入信號(hào)類(lèi)型，計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)化通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。PART04控制系統(tǒng)的頻域分析法REPORTING頻率特性01控制系統(tǒng)在正弦信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)輸出與輸入之比。頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系02傳遞函數(shù)是系統(tǒng)在零初始條件下，復(fù)平面上的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之比，而頻率特性是系統(tǒng)在正弦信號(hào)作用下的輸出與輸入之比。頻率特性的性質(zhì)03頻率特性具有復(fù)數(shù)性質(zhì)，包括實(shí)部和虛部，且與輸入信號(hào)的頻率有關(guān)。頻率特性的定義與性質(zhì)以復(fù)平面上的點(diǎn)表示系統(tǒng)的頻率特性，實(shí)部為橫軸，虛部為縱軸。極坐標(biāo)圖以對(duì)數(shù)尺度表示頻率，實(shí)部和虛部都以對(duì)數(shù)尺度繪制，常用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖頻率特性的極坐標(biāo)圖與對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖勞斯穩(wěn)定判據(jù)通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)在復(fù)平面上的位置，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)通過(guò)分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。頻域穩(wěn)定性判據(jù)包括帶寬、相位裕度、增益裕度等，用于描述系統(tǒng)在不同頻率下的性能表現(xiàn)。頻域性能指標(biāo)包括調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、上升時(shí)間等，用于描述系統(tǒng)在時(shí)間域內(nèi)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間存在一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以通過(guò)頻域分析法推導(dǎo)時(shí)域性能指標(biāo)，反之亦然。關(guān)系頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系PART05控制系統(tǒng)的校正方法REPORTING系統(tǒng)校正的概念與分類(lèi)概念系統(tǒng)校正是指通過(guò)引入某種裝置或方法，改善系統(tǒng)的性能指標(biāo)，使之滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。分類(lèi)根據(jù)校正方式的不同，系統(tǒng)校正可分為串聯(lián)校正、并聯(lián)校正和前饋控制等。VS通過(guò)在系統(tǒng)前向通道中加入超前環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的相位裕度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。串聯(lián)滯后校正通過(guò)在系統(tǒng)前向通道中加入滯后環(huán)節(jié)，減小系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。串聯(lián)超前校正串聯(lián)校正方法通過(guò)在系統(tǒng)反饋回路中加入超前環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的相位裕度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)在系統(tǒng)反饋回路中加入滯后環(huán)節(jié)，減小系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。并聯(lián)超