5.ZL题课(第1、2章).pdf

ling《自动控制原理1》--题课1朱玲计算机与控制工程学院第1章复ling《自动控制原理1》--题课1第一章自动控制的一般概念1-1 自动控制的基本原理与方式1-2 自动控制系统示例1-3 自动控制系统的分类1-4 对自动控制系统的基本要求ling《自动控制原理1》--题课1①被控对象：要求实现自动控制的机器设备或生产过程(水箱)②被控制量：指被控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量水位高度）③给定值：根据生产要求，被控制量需要达到的数值设定水位高度）④扰动：破坏给定值与被控制量之间正常函数关系的因素，称为系统的扰动流出量Q2）给定值和扰动统称为输入量⑤控制装置：能够对被控对象起控制作用的设备总称浮球、杠杆）自动控制系统的常用术语ling《自动控制原理1》--题课16. 反馈：通过测量变送装置将系统输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程称为反馈若反馈信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈，若产生的偏差越来越大，则称为正反馈阀门活塞浮子水h(t)q1(t)q2(t)机械杠杆 活塞 水箱浮子执行机构 被控对象检测机构调节器比较器h0-h(t)q1(t)ling《自动控制原理1》--题课1自动控制系统的基本控制方式1.开环控制方式2.反馈控制方式3.复合控制方式ling《自动控制原理1》--题课16无扰动补偿的开环控制：当系统存在干扰时，会直接影响被控量而无法自动补偿，控制精度难于保证。

这种系统只适用于系统的结构参数稳定、扰动信号较弱的场合控制器 执行机构 受控对象给定值被控量干扰r n c开环控制系统（无扰动补偿）有扰动补偿的开环控制：当干扰信号可测量时，则可利用干扰信号产生控制作用，以补偿干扰对被控量的影响对于不可测扰动及系统结构参数变化给被控量造成的影响，系统不能实现补偿补偿器（调节器）执行机构 受控对象被控量干扰开环干扰补偿系统（有扰动补偿）测量r给定值ling《自动控制原理1》--题课17反馈控制系统ling《自动控制原理1》--题课18ling《自动控制原理1》--题课1函数记录仪原理示意图(P7)RQRWΔuLtur变换器放大器绳轮电机测速机减速器1-2 自动控制系统的示例ling《自动控制原理1》--题课1函数记录仪方块图(P7)ling《自动控制原理1》--题课1111-3 自动控制系统的分类•恒值控制系统•随动系统•程序控制系统按给定值变化规律分类ling《自动控制原理1》--题课1121.3 自动控制系统的分类按系统的特性分类•线性系统•非线性系统•定常系统•时变系统ling《自动控制原理1》--题课1ling《自动控制原理1》--题课1ling《自动控制原理1》--题课1对控制系统的基本要求可归纳成：稳、快、准。

1.稳：——基本要求要求系统要稳定3. 准:——稳态要求系统响应达到稳态后，输出跟踪精度要高2. 快:——动态要求系统阶跃响应的过渡过程要平稳，快速ling《自动控制原理1》--题课116ling《自动控制原理1》--题课117ling《自动控制原理1》--题课1ling《自动控制原理1》--题课1ling《自动控制原理1》--题课10C tC2Q1QeC 电位器 电动机 减速器 控制阀 水箱用水开关实际液面高度给定液面高度浮子tCling《自动控制原理1》--题课1ling《自动控制原理1》--题课1ling《自动控制原理1》--题课1朱玲计算机与控制工程学院第2章复ling《自动控制原理1》--题课1• 2-1控制系统的时域数学模型• 2-2控制系统的复域数学模型• 2-3控制系统的结构图与信号流图第二章控制系统的数学模型ling《自动控制原理1》--题课1第二章控制系统的数学模型1.什么是控制系统的数学模型？2.控制系统数学模型有哪些主要形式？3.如何建立控制系统的数学模型？ling《自动控制原理1》--题课1数学模型：描述系统内部变量之间关系的数学表达式1.动态模型：描述控制系统动态特性的数学模型（即变量的各阶导数之间的关系)。

2.静态模型：在静态条件下(即变量的各阶导数为零)，描述变量之间关系的代数方程1.什么是控制系统的数学模型？ling《自动控制原理1》--题课1时域：微分方程复域：传递函数、动态结构图频域：频率响应2.控制系统数学模型有哪些主要形式？ling《自动控制原理1》--题课1•方法1-分析法（解析法、机理模型）1.分析系统各部分运动机理；2.根据系统及元件各变量间所遵循的物理、化学定律；3.列写各变量之间的数学关系式；4.消除中间变量得到输入输出关系的方程式3.如何建立控制系统的数学模型？ling《自动控制原理1》--题课1•方法2-实验法（实验建模 ）1.对系统人为施加某种测试信号；2.记录其输出响应（输入、输出数据）；3.用系统的输入、输出数据辨识出系统的数学模型（即采用适当的数学模型去逼近输出特性）3.如何建立控制系统的数学模型？《自动控制原理1》--题课1( ) 1( ) ( ) ( )rdi tRi t L i t di u tdt C  1( ) ( )ci t dt u tC 2.利用电路基本知识及基尔霍夫定律，可得：3. 消除两式的中间变量i，即：22() () ()() ,c cdu t di t d u ti t C Cdt dt dt 22() () () ()c cc rd u t du tLC RC u t u tdt dt  4.标准化1.输入量ur，输出量uC 。

CLRLCT/2 ，222( ) ( )2 ( ) ( )c cc rd u t du tT T u t u tdt dt  ling《自动控制原理1》--题课10 xyf(x)x0 x0+Δxy0y0+Δy实际系统中的元部件都存在不同程度的非线性于是，建立的数学模型就是非线性微分方程解析法求解非线性微分方程十分困难非线性方程 y=f(x),在工作点(x0，y0)处, 台劳级数展开式为 200''00'0 ))((!21))(()()( xxxfxxxfxfxfy0xxx 0yyy 令式中，Δy=KΔx则线性化方程为 )( 0' xfK 三、非线性微分方程的线性化'0 0 0( ) ( ) ( )( )y f x f x f x x x   ling《自动控制原理1》--题课1三、非线性微分方程的线性化ling《自动控制原理1》--题课1• 2-1控制系统的时域数学模型• 2-2控制系统的复域数学模型• 2-3控制系统的结构图与信号流图第二章控制系统的数学模型《自动控制原理》 ling《自动控制原理1》--题课1问题的引出例：22d ( ) d ( ) ( ) ( )d dc cc ru t u tLC RC u t u tt t  由基尔霍夫定律列写回路方程；消去中间变量，得到建模方法？《自动控制原理》问题的引出[ ( )] ( )c cL u t U sd ( )[ ] ( ) (0)dcc cu tL sU s Ut  22 '2d ( )[ ] ( ) (0) (0)dcc c cu tL s U s sU Ut   22d ( ) d ( ) ( ) ( )d dc cc ru t u tLC RC u t u tt t  拉普拉斯变换( )csU s2 ( )cs U s假设系统零初始，微分方程等式两边拉式变换后得：2 ( ) ( ) ( ) ( )c c c rLCs U s RCsU s U s U s  《自动控制原理》问题的引出22d ( ) d ( ) ( ) ( )d dc cc ru t u tLC RC u t u tt t  2 ( ) ( ) ( ) ( )c c c rLCs U s RCsU s U s U s  2( ) 1( ) 1crU sU s LCs RCs  《自动控制原理》( )rU s ( )cU s211LCs RCs 2( ) 1( ) 1crU sU s LCs RCs  ( )rU s ( )cU s211LCs RCs 问题的引出22d ( ) d ( ) ( ) ( )d dc cc ru t u tLC RC u t u tt t  ( )R s ( )C s( )G s《自动控制原理》传递函数模型定义：在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

数学表示： ( )( ) ( )C sG s R s( )R s ( )C s( )G s方框图表示：《自动控制原理》传递函数模型两点注意：零初始条件因果系统无输入前不工作零时刻加载输入拉氏变换与拉氏反变换时域 复数域拉氏变换拉氏反变换ling《自动控制原理1》--题课1传递函数的三种特殊形式传递函数的多项式形式nnnnmmmmasasasabsbsbsbsRsCsG11101110)()()(传递函数的零极点及根轨迹增益形式00*2121*)())(()())(()(abKpspspszszszsKsGGnmG nmGnmG abKTsTsTsssKsG  )1()1)(1()1()1)(1()(2121传递函数的时间常数及开环增益形式ling《自动控制原理1》--题课11.拉普拉斯变换  0 )()]([)( dtetxtxLsX st一.拉氏变换的定义其中：x(t)—原函数，X(s)—象函数二.拉氏反变换的定义   jjstdsesXjsXLtx )(21)()( 1)()( sXtx一一对应唯一关系 js 复变量ling《自动控制原理1》--题课1ling《自动控制原理1》--题课1《自动控制原理1》--题课1ling3.拉普拉斯反变换   jjstdsesXjsXLtx )(21)()( 1asBsAF(s)（2）查表法（分解部分分式法）（1）公式a)s(sF(s) 1[例1]已知 ，求 ?)( tf解： )( 1)( )( assass aAsBA  试凑法比较系数法留数法 ateaf(t)  11aBaAaA BA 111 0   比较系数ling《自动控制原理1》--题课1这些常用的典型环节有比例环节、一阶惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节及延迟环节等。

掌握这几种基本环节的数学模型，就能为研究自动控制系统的动态特性奠定基础2 2(2 1)( )( 1)( 2 1)sK s eG s s Ts T s Ts   ling《自动控制原理1》--题课1• 2-1控制系统的时域数学模型• 2-2控制系统的复域数学模型• 2-3控制系统的结构图与信号流图第二章控制系统的数学模型ling《自动。