自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用解答第二版黃堅(jiān)課后解答

自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用解答第二版黃堅(jiān)課后解答REPORTING2023WORKSUMMARY目錄CATALOGUE自動(dòng)控制原理概述自動(dòng)控制系統(tǒng)組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法控制系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例黃堅(jiān)課后解答解析PART01自動(dòng)控制原理概述定義自動(dòng)控制原理是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理和規(guī)律的科學(xué)。它涉及如何通過各種控制手段，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)，以達(dá)到期望的輸出效果。特點(diǎn)自動(dòng)控制原理具有系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性、最優(yōu)性等特點(diǎn)。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)與配合，關(guān)注系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間的相互作用和動(dòng)態(tài)變化，并致力于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制效果。定義與特點(diǎn)保障產(chǎn)品質(zhì)量自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠精確地控制生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。促進(jìn)科技進(jìn)步自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的科技進(jìn)步，為科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供了有力支持。增強(qiáng)安全性在危險(xiǎn)或惡劣的環(huán)境中，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以代替人工作業(yè)，降低事故風(fēng)險(xiǎn)，保障人員安全。提高生產(chǎn)效率通過自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。自動(dòng)控制的重要性123自動(dòng)控制原理的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)初，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)控制理論逐漸成熟和完善。歷史回顧現(xiàn)代自動(dòng)控制理論融合了多種學(xué)科和技術(shù)，如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等，呈現(xiàn)出更加復(fù)雜和智能化的特點(diǎn)。當(dāng)前發(fā)展未來，自動(dòng)控制原理將繼續(xù)朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化等方向發(fā)展，為人類生產(chǎn)和生活帶來更多便利和創(chuàng)新。未來展望自動(dòng)控制的歷史與發(fā)展PART02自動(dòng)控制系統(tǒng)組成與分類控制器根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際輸出值之間的偏差，決定控制動(dòng)作，以減小偏差。執(zhí)行器根據(jù)控制器發(fā)出的控制信號(hào)，調(diào)整被控對(duì)象的輸入，從而改變被控量。傳感器檢測(cè)被控量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)信號(hào)，傳輸給控制器。被控對(duì)象受到控制作用影響的對(duì)象，其輸出量被傳感器檢測(cè)。系統(tǒng)的基本組成開環(huán)控制系統(tǒng)控制信號(hào)單向傳遞，不受被控量反饋影響的系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)控制信號(hào)循環(huán)傳遞，受被控量反饋影響的系統(tǒng)。手動(dòng)控制系統(tǒng)需要人工操作和干預(yù)的系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)無需人工操作和干預(yù)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。系統(tǒng)的分類穩(wěn)定性系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能否回到原始平衡狀態(tài)的性能指標(biāo)?？焖傩韵到y(tǒng)對(duì)設(shè)定值變化的響應(yīng)速度和達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的快慢程度。準(zhǔn)確性系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時(shí)的誤差大小以及誤差隨時(shí)間的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的性能指標(biāo)PART03自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法勞斯判據(jù)通過計(jì)算系統(tǒng)的極點(diǎn)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。赫爾維茨判據(jù)奈奎斯特判據(jù)根軌跡法01020403通過繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。通過計(jì)算勞斯表的第一列特征根，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。通過分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。系統(tǒng)穩(wěn)定性分析階躍響應(yīng)分析系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響應(yīng)，評(píng)估系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。斜坡響應(yīng)分析系統(tǒng)對(duì)斜坡輸入的響應(yīng)，評(píng)估系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。脈沖響應(yīng)分析系統(tǒng)對(duì)脈沖輸入的響應(yīng)，評(píng)估系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。任意輸入響應(yīng)分析系統(tǒng)對(duì)任意輸入的響應(yīng)，評(píng)估系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析分析系統(tǒng)誤差的來源和大小，評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)誤差分析分析系統(tǒng)輸出的精度和誤差，評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)精度分析分析系統(tǒng)的靜態(tài)特性，如線性度、靈敏度等，評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)靜態(tài)特性分析分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等，評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法通過建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程，設(shè)計(jì)控制律和觀測(cè)器/濾波器。根軌跡設(shè)計(jì)法通過繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，選擇合適的控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化。頻域設(shè)計(jì)法通過分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，設(shè)計(jì)控制律和觀測(cè)器/濾波器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法030201PART04控制系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型03差分方程模型描述離散時(shí)間線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過系統(tǒng)的差分方程來定義。01傳遞函數(shù)模型描述線性時(shí)不變系統(tǒng)的一種數(shù)學(xué)模型，通過系統(tǒng)輸入和輸出的拉普拉斯變換來定義。02狀態(tài)空間模型描述線性時(shí)不變系統(tǒng)的一種數(shù)學(xué)模型，通過系統(tǒng)的狀態(tài)變量和輸入、輸出關(guān)系來定義。線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過輸入和輸出信號(hào)的傅里葉變換來定義。描述函數(shù)模型描述非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過系統(tǒng)的相平面圖來定義。相平面模型描述非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)來定義。輸入輸出模型非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型狀態(tài)方程描述控制系統(tǒng)狀態(tài)變量的微分方程，包括狀態(tài)變量、輸入和輸出。狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣描述控制系統(tǒng)狀態(tài)變量轉(zhuǎn)移的矩陣，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和初始條件來定義。輸出方程描述控制系統(tǒng)輸出變量的微分方程，根據(jù)狀態(tài)變量和輸入信號(hào)來定義?？刂葡到y(tǒng)的狀態(tài)空間模型PART05控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例自動(dòng)化生產(chǎn)線通過控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。工業(yè)機(jī)器人利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的精確控制，提高生產(chǎn)質(zhì)量。過程控制對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性。工業(yè)控制系統(tǒng)航空器中的飛行控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制飛行姿態(tài)、速度和高度等關(guān)鍵參數(shù)，確保飛行安全。飛行控制系統(tǒng)航天器中的姿態(tài)控制系統(tǒng)用于控制衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)和穩(wěn)定，確保衛(wèi)星的正常運(yùn)行。衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)用于控制和引導(dǎo)航天器在太空中進(jìn)行精確的軌道機(jī)動(dòng)和定位。導(dǎo)航控制系統(tǒng)航空航天控制系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居照明的智能化控制，如調(diào)光、定時(shí)開關(guān)等功能。智能照明系統(tǒng)利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居安防的監(jiān)控和管理，如監(jiān)控?cái)z像頭、門禁系統(tǒng)等。智能安防系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境的調(diào)節(jié)和控制，如溫度、濕度和空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)和控制。智能環(huán)境控制系統(tǒng)智能家居控制系統(tǒng)PART06黃堅(jiān)課后解答解析習(xí)題4解答該題考查了非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析方法，通過求解非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)，可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能指標(biāo)。習(xí)題1解答該題考查了開環(huán)傳遞函數(shù)與閉環(huán)傳遞函數(shù)的關(guān)系，通過求解閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，可以得到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能指標(biāo)。習(xí)題2解答該題考查了線性系統(tǒng)的時(shí)域分析方法，通過求解一階和二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，可以理解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。習(xí)題3解答該題考查了頻域分析方法中的頻率特性曲線，通過繪制系統(tǒng)的頻率特性曲線，可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能指標(biāo)。課后習(xí)題解答重點(diǎn)2線性系統(tǒng)的時(shí)域分析和頻域分析方法，包括單位階躍響應(yīng)、頻率特性曲線等。如何根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。難點(diǎn)2開環(huán)傳遞函數(shù)與閉環(huán)傳遞函數(shù)的關(guān)系及其在系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。重點(diǎn)1非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析方法及其應(yīng)用。難點(diǎn)1重點(diǎn)難點(diǎn)解析案例1某溫度控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和良好的穩(wěn)定性，如何根