控制工程基础课程提纲.ppt

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1、控制工程基础提纲,河海大学机电工程学院 实验楼A210 电话：85191934,第一章 自动控制的一般概念,Ch1.1 基本原理与方法反馈控制原理自动控制的定义；反馈控制的本质。二反馈控制系统的基本组成1.给定元件;2.反馈元件;3.比较元件;4.放大元件;5.执行元件;6.校正元件.,三.基本控制方式1.开环控制；2.闭环反馈控制Ch1.2自动控制系统的分类按输入量的特征分类1.恒值控制系统;2.程序控制系统;3.伺服系统.二.按系统中传递信号的性质分类1.连续控制系统;2.离散（数字）控制系统,三.线性系统和非线性系统线性控制系统;非线性控制系统Ch1.3对控制系统的基本要求1.稳定性;2

2、.精确性;3.快速性（动态性能）.,第二章 控制系统的数学模型,Ch2.1 控制系统的时域数学模型一.建立控制系统中元件时域数学模型步骤二.建立整个控制系统时域数学模型步骤三.时域数学模型的标准形式四.丝杠传动系统时域数学模型的建立,Ch2.2 控制系统的复数域数学模型(传递函数)一.拉氏变换的主要运算定理1.线性定理；2.微分定理；3.位移定理；4.终值定理二.传递函数的定义和性质1.前提条件:(1)时域数学模型为线性定常系统；(2)零初始状态.,三.典型元件的传递函数注意：各典型元件的标准形式,比例环节,一阶微分环节,二阶微分环节,积分环节,惯性环节,振荡环节,延迟环节,纯微分环节,Ch2

3、.3 控制系统的结构图与信号流图一.结构图的组成与绘制二.结构图的等效变换和简化1.串联方框的简化;2.并联方框的简化;3.反馈方框的简化;4.基于比较点的简化;5.基于引出点的简化.,三.信号图的组成及性质1.组成:(1)节点:输入节点;输出节点;混合节点.(2)支路.(3)通路.(4)回路.(5)不接触回路.四.信号图的绘制,五.梅逊(Mason)公式要求：利用结构图的等效变换和简化求整个系统传递函数与利用信号流图及梅逊(Mason)公式求系统传递函数掌握其中一个。,第三章 线性系统的时域分析法,Ch3.1 系统时间响应的性能指标时域分析的三大任务：1.系统分析；2.综合或设计；3.系统模

4、型辨识。二.典型输入信号:单位阶跃函数;单位斜坡函数;单位加速度函数;单位脉冲函数;正弦函数.二.系统响应过程：1.动态过程；2.稳态过程,Ch3.2 一阶系统的时域分析数学模型(传递函数)二.一阶系统的阶跃响应三.一阶系统阶跃响应的性能指标过渡时间：系统输出（响应）与其稳态值误差绝对值小于2%所对应的最小时间。,四.一阶系统的单位斜坡响应性质：(1)经过足够长的时间(4T)，输出增长速率近似与输入相同；(2)输出相对于输入滞后时间T；(3)稳态误差=T,Ch3.3 二阶系统的时域分析一.传递函数,二.闭环特征方程根（闭环极点）,三.四种阻尼欠阻尼：01；零阻尼：=0,四.二阶系统的单位阶跃响

5、应1.欠阻尼,2.零阻尼,3.临界阻尼,五.欠阻尼二阶系统的动态过程分析1.三个衡量系统响应快速性能指标峰值时间：上升时间：调节（过渡）时间：2.两个衡量系统响应平稳性的性能指标超调量：振荡次数,六.改善二阶系统性能的常用方法1.PID控制方法；2.测速反馈控制方法,Ch3.4线性系统的稳定性分析一.稳定的充要条件二.稳定性判别的Routh判据三.稳定性判别的Hurwitz判据要求：掌握熟练其中一个稳定性判据。,Ch3.5线性系统的稳态误差计算一.系统的误差与稳态误差以及相互关系二.单位负反馈系统稳态误差的计算三.与输入有关的稳态误差阶跃、斜坡和加速度三个典型输入信号对应的各自系统稳态误差,四

6、.与系统类型有关的稳态误差 开环无积分环节、有一个积分环节、有两个积分环节，系统分别对应阶跃、斜坡和加速度三个典型输入信号时的稳态误差计算。,第四章 线性系统的根轨迹法,Ch4.1 根轨迹的幅角条件,Ch4.2 根轨迹绘制的基本法则根轨迹起点与终点根轨迹分支条数，连续性和对称性判断实轴上某一区段是否为根轨迹根轨迹的渐近线与实轴交点坐标、与 实轴倾角,五.根轨迹的分离点(重合点):d六.根轨迹与虚轴的交点1.代入特征方程,2.利用Routh表方法七.根轨迹的起始角和终止角要求熟练掌握前六条关于根轨迹的绘制法则，了解第七条法则。,Ch4.3 广义根轨迹系统的等效开环传递函数根轨迹绘制法则在广义根轨

7、迹绘制中的应 用三.从根轨迹的角度，理解附加开环零点的作 用,第五章 线性系统的频域分析法,Ch5.1频率特性求法1.2.系统的零-极点图表示系统的频率特性,频率特性的几何表示法幅相频率特性曲线:极坐标图(Nyquist曲线)对数频率特性曲线(Bode图)两张图分别表示幅值频率特性和相角频率特性，其中两张图中横坐标：输入信号的频率采用对数分度，幅值（单位dB,20lg(A)）/相角则采用线性分度,Ch5.2 开环系统的典型环节分解和开环频率特性曲线的绘制一.典型环节的频率特性的Nyquist曲线Bode图表示比例环节2.积分环节3.微分环节4.惯性环节5.一阶微分环节6.振荡环节,二.开环Ny

8、quist曲线1.Nyquist曲线的范围：通过开环相频特性的取值范围确定Nyquist曲线在复平面中的哪个（几个）象限。2.特征点:起点：终点：与实轴的交点：,与虚轴的交点：考虑到在闭环系统稳定性判别中的应用，Nyquist曲线与负实轴的交点位置尤其重要。,三.开环对数频率特性曲线(Bode图)一般方法Bode图有两张图构成，即对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线。它们都可以由构成开环系统的典型环节各自的对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线叠加而成。2.简易方法 对于开环系统的对数幅频特性曲线有以下简易方法：,Ch5.3频率域稳定性判据Nyquist稳定性判据：利用系统开环Nyquist曲线判断

9、闭环系统稳定性。Z:系统闭环在S右半平面中的极点个数P:系统开环在S右半平面中的极点个数R:开环围绕点(-1,0j)反时针的圈数三者关系：R的计算：Nyquist曲线自下向上穿越实轴的 区段，计为一次负穿越，用 表示总次数；表示总正穿越次数,如果开环的积分环节个数大于等于2，即,那么，先在Nyquist的起点处反时针补画一半径为A(0)无穷大，中心角为 的圆弧，然后再计算 R。,二.Bode稳定性判据：利用系统开环Bode图判断闭环系统稳定性,在对数相频特性曲线,处补画一条从相角,的线条，然后计算,Bode判据：在Bode图上，开环对数相频在,范围内，,正穿越-180度线的次数与负穿越-180度线的次数分别为,，闭环稳定，反之不稳定,