复习自动控制原理知识点归纳

1、复习自动控制原理知识点归纳contents目录自动控制原理基本概念线性系统分析方法稳定性分析与判断方法根轨迹法分析与设计技巧频率响应法分析与设计技巧状态空间法分析与设计技巧自动控制原理基本概念01自动控制系统定义自动控制系统是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置或控制器来操纵被控对象，使其某个或某些物理量按预定的规律变化，以达到控制目的的系统。自动控制系统组成自动控制系统主要由控制器、被控对象、执行机构和检测装置等部分组成。自动控制系统定义与组成VS自动控制理论的发展经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。自动控制现状目前，自动控制技术已经广泛应用于各个领域，如工业、农业、交通运输、航空航天、军事等。随着计算机技术的发展，自动控制技术正在向数字化、智能化和网络化方向发展。自动控制发展历程自动控制发展历程及现状自动控制应用领域交通运输自动控制技术在交通运输领域的应用包括智能交通系统、自动驾驶汽车、轨道交通信号控制等。航空航天在航空航天领域，自动控制技术用于飞行器的导航、制导和控制，以及空间站的姿态和轨道控制等。工业自动化自动控制技术在工业自动化领域有着广泛的应用，如自

2、动化生产线、工业机器人、自动化仓储等。军事领域在军事领域，自动控制技术用于导弹制导、火炮控制、无人机驾驶等。其他领域此外，自动控制技术还应用于农业、环保、医疗等领域，如精准农业、污水处理自动化、医疗设备自动化等。线性系统分析方法02满足叠加原理和齐次性的系统，且系统参数不随时间变化。线性时不变系统的定义稳定性、因果性、可逆性、可控性和可观测性。线性时不变系统的性质微分方程、差分方程、传递函数和状态空间方程。线性时不变系统的描述方式线性时不变系统描述与性质传递函数的定义线性时不变系统在零初始条件下，输出与输入之间的拉普拉斯变换比。传递函数的求解方法通过系统的微分方程或差分方程，利用拉普拉斯变换求解传递函数。传递函数的性质反映系统的动态性能，如稳定性、阻尼比、自然频率等。传递函数及其求解方法频率响应法的定义通过分析系统在不同频率下的响应特性，评估系统的性能。频率响应法的应用在控制系统设计中，根据性能指标选择合适的控制器参数，以满足系统性能要求。频率响应法的分析方法绘制系统的幅频特性和相频特性曲线，分析系统的稳定性、快速性和准确性。频率响应法分析系统性能稳定性分析与判断方法03稳定性概念及意

3、义稳定性定义系统受到扰动后，能够恢复到原来平衡状态的能力。稳定性意义确保系统在各种条件下都能正常工作，避免失控或振荡等不稳定现象。010405060302判据内容：通过系统特征方程的系数构造劳斯表，根据劳斯表的性质判断系统稳定性。应用步骤1.列出系统特征方程；2.构造劳斯表；3.根据劳斯表判断系统稳定性。注意事项：当劳斯表中出现零行或负系数时，需要对系统进行相应的处理，如增加阻尼或改变系统结构等。劳斯-赫尔维茨判据应用判据内容：通过系统开环频率特性曲线在复平面上的轨迹来判断系统稳定性。应用步骤1.绘制系统开环频率特性曲线；2.观察曲线在复平面上的轨迹；3.根据轨迹判断系统稳定性。局限性：奈奎斯特稳定判据只能判断系统的绝对稳定性，无法判断系统的相对稳定性。此外，对于非线性系统和时变系统，奈奎斯特稳定判据可能不适用。奈奎斯特稳定判据及其局限性根轨迹法分析与设计技巧04根轨迹法是研究线性定常控制系统的图形化方法，通过绘制系统闭环传递函数的根在复平面上的轨迹，来分析系统稳定性和动态性能。根轨迹法基本原理根据系统开环传递函数，确定根轨迹的起点、终点、分支数、对称性、渐近线、分离点和会合点等关键要

4、素，进而在复平面上绘制出根轨迹图。绘制方法根轨迹法基本原理和绘制方法参数根轨迹参数根轨迹是当系统某一参数从零变化到无穷大时，闭环特征方程的根在复平面上描绘出来的轨迹。其特点包括连续性、对称性和分支数等。零度根轨迹零度根轨迹是针对特定形式的开环传递函数，通过变换得到的特殊形式的根轨迹。其特点是当某一参数变化时，闭环特征方程的根始终保持在复平面的虚轴上。比较参数根轨迹和零度根轨迹在绘制方法和特点上有所不同。参数根轨迹适用于一般形式的开环传递函数，而零度根轨迹适用于特定形式的开环传递函数。在稳定性分析和系统设计时，可以根据实际情况选择合适的根轨迹方法。参数根轨迹和零度根轨迹特点比较设计步骤首先根据系统性能指标要求，确定合适的开环传递函数形式；然后利用根轨迹法绘制出系统闭环传递函数的根轨迹图；接着根据根轨迹图分析系统稳定性和动态性能；最后通过调整开环传递函数的参数，使得闭环特征方程的根满足设计要求。实例分析以一个二阶系统为例，通过选择合适的开环传递函数形式和参数，利用根轨迹法进行系统设计和分析。通过调整开环增益和阻尼比等参数，使得系统具有良好的稳定性和动态性能。利用根轨迹法进行系统设计实例频率

5、响应法分析与设计技巧05频率特性的定义描述系统对不同频率正弦输入信号的稳态响应特性。典型频率特性曲线低通、高通、带通和带阻等。频率特性的表示方法幅频特性和相频特性，通常以极坐标形式或对数坐标形式表示。频率特性基本概念和表示方法开环系统频率特性分析绘制开环系统幅相频率特性曲线（Nyquist图），分析系统稳定性、快速性和准确性。频率域性能指标相位裕度、幅值裕度、谐振频率、谐振峰值等。典型环节频率特性比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节等。典型环节和开环系统频率特性分析设计步骤确定设计目标，选择适当的控制器结构，调整控制器参数以满足性能指标要求。设计实例如PID控制器设计，通过调整比例、积分和微分系数，优化系统性能。验证与仿真利用MATLAB/Simulink等工具进行系统仿真，验证设计结果的正确性和有效性。利用频率响应法进行系统设计实例030201状态空间法分析与设计技巧06状态空间表达式根据系统的物理定律或动态方程，建立状态空间表达式，包括状态方程和输出方程。线性定常系统的状态空间描述针对线性定常系统，通过矩阵运算和变换，得到标准型的状态空间描述。状态变量与状态向量确定系统的状态变量，构建状态向量，以描述系统的内部状态。状态空间描述和状态方程建立能控性判断利用能控性矩阵或能控性判别定理，判断系统是否完全能控或部分能控。能观性判断通过能观性矩阵或能观性判别定理，确定系统是否完全能观或部分能观。稳定性分析利 用 Lyapunov稳 定 性 理 论 或Routh-Hurwitz判据等方法，分析系统的稳定性。能控性、能观性和稳定性判断方法通过引入状态反馈，改善系统的动态性能，实现闭环控制。状态反馈设计当系统状态不完全可测时，设计状态观测器估计系统状态，实现输出反馈控制。状态观测器设计应用最优控制理论，如线性二次型调节器（LQR）等，实现系统性能的最优化。最优控制设计利用状态空间法进行系统设计实例THANKS感谢观看

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