自動(dòng)控制原理考試大綱

自動(dòng)控制原理考試大綱目錄自動(dòng)控制概述控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域分析線(xiàn)性系統(tǒng)的根軌跡法線(xiàn)性系統(tǒng)的頻域分析控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)01自動(dòng)控制概述03閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出量能夠反饋到輸入端，系統(tǒng)的控制作用與輸出量有關(guān)。01自動(dòng)控制指在沒(méi)有人為直接干預(yù)的情況下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)地操縱物理裝置或過(guò)程，使其按預(yù)定的規(guī)律或目標(biāo)運(yùn)行。02開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的輸出不反饋到輸入端，系統(tǒng)的控制作用與系統(tǒng)的輸出量無(wú)關(guān)。自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類(lèi)組成控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象、反饋傳感器。分類(lèi)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、復(fù)合控制系統(tǒng)。穩(wěn)定性系統(tǒng)能夠快速地響應(yīng)輸入的變化?？焖傩詼?zhǔn)確性抗干擾性01020403系統(tǒng)能夠抵抗外部干擾的影響，保持穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用后能夠回到原來(lái)的平衡狀態(tài)。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地跟蹤輸入的變化。自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求02控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型根據(jù)系統(tǒng)物理規(guī)律和輸入輸出關(guān)系，建立線(xiàn)性常微分方程。線(xiàn)性常微分方程的建立確定系統(tǒng)初始狀態(tài)和邊界條件，以便求解微分方程。初始條件和邊界條件使用數(shù)值方法求解線(xiàn)性常微分方程，如歐拉法、龍格-庫(kù)塔法等。數(shù)值解法控制系統(tǒng)微分方程將線(xiàn)性常微分方程轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式，便于分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。傳遞函數(shù)的定義了解傳遞函數(shù)的極點(diǎn)、零點(diǎn)和穩(wěn)定性等基本性質(zhì)。傳遞函數(shù)的性質(zhì)掌握常見(jiàn)環(huán)節(jié)如比例、積分、微分、慣性、振蕩等的傳遞函數(shù)。典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的組成了解動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由哪些基本環(huán)節(jié)組成，如輸入、輸出、比較器、放大器等。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的建立根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，建立動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的分析通過(guò)分析動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，了解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性等。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖03線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域分析定義系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，能夠恢復(fù)到原始狀態(tài)的能力。方法通過(guò)系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。判據(jù)勞斯穩(wěn)定判據(jù)、赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)等。系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析定義系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度和響應(yīng)質(zhì)量。指標(biāo)超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、峰值時(shí)間等。方法通過(guò)系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，以及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行分析。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析030201定義系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的輸出值和誤差值。指標(biāo)穩(wěn)態(tài)誤差、誤差系數(shù)等。方法通過(guò)系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，以及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行分析。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析04線(xiàn)性系統(tǒng)的根軌跡法極點(diǎn)與系統(tǒng)穩(wěn)定性根軌跡上的點(diǎn)代表系統(tǒng)的極點(diǎn)，極點(diǎn)的位置決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和超調(diào)量等性能指標(biāo)。根軌跡與系統(tǒng)性能的關(guān)系通過(guò)根軌跡可以直觀地了解系統(tǒng)性能的變化趨勢(shì)，從而對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以?xún)?yōu)化性能。定義根軌跡法是一種通過(guò)分析線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的極點(diǎn)位置來(lái)研究系統(tǒng)性能的方法。根軌跡法基本概念使用MATLAB/Simulink等軟件進(jìn)行根軌跡繪制。繪制工具確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，計(jì)算出系統(tǒng)的極點(diǎn)，根據(jù)極點(diǎn)位置繪制出根軌跡曲線(xiàn)。繪制步驟注意選擇合適的坐標(biāo)軸比例和坐標(biāo)原點(diǎn)，使根軌跡圖更易于觀察和分析。繪制技巧根軌跡繪制方法通過(guò)觀察根軌跡上的點(diǎn)是否在復(fù)平面的左半部分，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。穩(wěn)定性分析根據(jù)根軌跡的形狀和分布，分析系統(tǒng)的響應(yīng)速度、超調(diào)量和阻尼比等性能指標(biāo)。性能分析通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使根軌跡向期望的方向移動(dòng)，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。參數(shù)優(yōu)化根軌跡分析法05線(xiàn)性系統(tǒng)的頻域分析頻率特性描述頻率特性可以通過(guò)極坐標(biāo)圖、對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖等方式進(jìn)行描述，用以反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。頻率特性與系統(tǒng)函數(shù)關(guān)系系統(tǒng)的頻率特性與其傳遞函數(shù)之間存在直接關(guān)系，通過(guò)分析傳遞函數(shù)可以得到系統(tǒng)的頻率特性。頻率特性定義頻率特性是線(xiàn)性系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，表示系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)能力。頻率特性基本概念解析法根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，利用數(shù)學(xué)工具計(jì)算頻率特性，并繪制相應(yīng)的圖譜。近似法對(duì)于某些復(fù)雜系統(tǒng)，可以采用近似方法計(jì)算頻率特性，如采用等效濾波器法等。實(shí)驗(yàn)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)，記錄數(shù)據(jù)并繪制頻率特性圖。頻率特性繪制方法頻域穩(wěn)定性分析通過(guò)分析系統(tǒng)的頻率特性，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，以及穩(wěn)定裕量的大小。頻域性能分析根據(jù)頻率特性分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、相位裕量等。頻域優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)頻率特性的調(diào)整，優(yōu)化系統(tǒng)性能，如提高系統(tǒng)帶寬、減小阻尼比等。頻域分析法06控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)校正是在控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入某種裝置，改善系統(tǒng)的性能指標(biāo)。校正的概念由于實(shí)際系統(tǒng)往往存在非理想因素，如系統(tǒng)參數(shù)的變化、外部擾動(dòng)、噪聲等，導(dǎo)致系統(tǒng)性能不能滿(mǎn)足要求，因此需要進(jìn)行校正。校正的原因根據(jù)校正裝置的參數(shù)可變與否，校正可分為靜態(tài)校正和動(dòng)態(tài)校正；根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中的位置，校正可分為串聯(lián)校正和并聯(lián)校正。校正的分類(lèi)系統(tǒng)校正的基本概念123根軌跡法是一種圖解法，通過(guò)繪制根軌跡圖，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和超調(diào)量等性能指標(biāo)，進(jìn)而設(shè)計(jì)校正裝置。根軌跡法頻率法是一種圖解法，通過(guò)繪制頻率特性曲線(xiàn)，分析系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，進(jìn)而設(shè)計(jì)校正裝置。頻率法如遺傳算法、粒子群算法等，通過(guò)優(yōu)化算法尋找最優(yōu)的校正裝置參數(shù)，使系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)?，F(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法用于減小系統(tǒng)的增益