1、1總結(jié)與復(fù)習(xí)總結(jié)與復(fù)習(xí) 基本概念基本概念 基本理論基本理論 基本方法基本方法自動控制原理自動控制原理 2各教學(xué)單位要認(rèn)真抓好考試各環(huán)節(jié)的工作及管理，加強師生考風(fēng)考紀(jì)宣傳教育工作，于12月18前懸掛出相應(yīng)宣傳橫幅。從命題組卷、考試組織到閱卷評分等環(huán)節(jié)均屬保密期，嚴(yán)禁任何人給學(xué)生劃分考試范圍，嚴(yán)禁任何人給學(xué)生劃分考試范圍，提示重點和點題，若有泄題行為，一經(jīng)查提示重點和點題，若有泄題行為，一經(jīng)查實，學(xué)校將從嚴(yán)處理實，學(xué)校將從嚴(yán)處理?？忌?、監(jiān)考教師均應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行湖北民族學(xué)院考場規(guī)則和監(jiān)考人員職責(zé)。3第一章第一章 自動控制的一般概念自動控制的一般概念一、自動控制的基本概念一、自動控制的基本概念定義、應(yīng)用概

2、況定義、應(yīng)用概況自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)受控對象、控制裝置、檢測裝置、受控對象、控制裝置、檢測裝置、輸入信號（輸入信號（參考輸入，擾動輸入?yún)⒖驾斎?，擾動輸入）控制裝置控制裝置受控對象受控對象給定輸入給定輸入輸出量輸出量擾動擾動擾動擾動控制量控制量反饋反饋檢測裝置檢測裝置4二、二、 自動控制的基本方式自動控制的基本方式1 1、開環(huán)控制與閉環(huán)控制、開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制開環(huán)控制特點：沒有反饋信息，信號單向傳遞。特點：沒有反饋信息，信號單向傳遞。缺點：抗干擾能力差，控制精度低。缺點：抗干擾能力差，控制精度低。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、易于構(gòu)造、成本低。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、易于構(gòu)造、成本低?？刂蒲b置控制裝置受控

3、對象受控對象輸入量輸入量輸出量輸出量擾動擾動5閉環(huán)控制閉環(huán)控制特點：獲取反饋信息，信號傳遞形成閉合回路，特點：獲取反饋信息，信號傳遞形成閉合回路， 一般采用按偏差的負(fù)反饋控制。一般采用按偏差的負(fù)反饋控制。優(yōu)點：抗擾性好，控制精度高；優(yōu)點：抗擾性好，控制精度高；缺點：結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、成本更高，性能分析更難。缺點：結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、成本更高，性能分析更難。控制裝置控制裝置受控對象受控對象反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)輸入信號輸入信號擾動擾動受控量受控量- -e e62 2、自動控制的基本方式、自動控制的基本方式按給定值操縱的開環(huán)控制按給定值操縱的開環(huán)控制計算計算受控對象受控對象執(zhí)行執(zhí)行給定值給定值受控量受控量擾動擾動給定

4、值操縱與按擾動補償相結(jié)合的開環(huán)控制給定值操縱與按擾動補償相結(jié)合的開環(huán)控制計算計算受控對象受控對象執(zhí)行執(zhí)行給定值給定值受控量受控量擾動擾動測量測量7按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)控制裝置控制裝置受控對象受控對象測量測量給定值給定值擾動擾動受控量受控量- -u u更具一般性的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)更具一般性的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)控制裝置控制裝置受控對象受控對象測量測量給定值給定值擾動擾動受控量受控量- -e eu u8復(fù)合控制復(fù)合控制 按擾動作用補償按擾動作用補償控制裝置控制裝置受控對象受控對象測量測量給定值給定值擾動擾動受控量受控量- -e e補償裝置補償裝置特點：開環(huán)與閉環(huán)結(jié)合，改善抗擾性能，

5、控制精度高，特點：開環(huán)與閉環(huán)結(jié)合，改善抗擾性能，控制精度高， 但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。9控制裝置控制裝置受控對象受控對象測量測量給定值給定值擾動擾動受控量受控量- -e e補償裝置補償裝置復(fù)合控制復(fù)合控制 按輸入作用補償按輸入作用補償特點：開環(huán)與閉環(huán)結(jié)合，改善跟蹤性能。特點：開環(huán)與閉環(huán)結(jié)合，改善跟蹤性能。10三、控制系統(tǒng)的基本類型三、控制系統(tǒng)的基本類型l連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)l線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)l定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)l恒值控制系統(tǒng)與隨動控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)與隨動控制系統(tǒng)11第二章第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控

6、制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分類一、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分類常用：輸入輸出模型、狀態(tài)空間模型。常用：輸入輸出模型、狀態(tài)空間模型。輸入輸出模型：微分方程、傳遞函數(shù)、輸入輸出模型：微分方程、傳遞函數(shù)、 結(jié)構(gòu)圖、頻率特性。結(jié)構(gòu)圖、頻率特性。12二、微分方程描述與傳遞函數(shù)描述二、微分方程描述與傳遞函數(shù)描述1 1、傳遞函數(shù)的定義傳遞函數(shù)的定義：在零初始條件下線性定常系：在零初始條件下線性定常系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。2 2、傳遞函數(shù)與微分方程可相互轉(zhuǎn)換、傳遞函數(shù)與微分方程可相互轉(zhuǎn)換)s(U)t (u),s(Y)t (y)s(Fs

7、1d )(f,sdtdt0nnn 13011n1nn011m1mmmasasasbsbsbsbG(s) 有有理理分分式式形形式式： n1iim1iig)p(s)z(sKG(s)零零極極點點形形式式： n1iim1ii)1s(T)1s(KG(s) 時時間間常常數(shù)數(shù)形形式式：3 3、傳遞函數(shù)的表達(dá)形式、傳遞函數(shù)的表達(dá)形式14s2nn22n2222eG(s)s2s1Ts2sT1G(s)1Ts2sTG(s)1sG(s)sG(s)s1G(s)1TsKG(s)KG(s) 純純滯滯后后環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)：振振蕩蕩環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)：二二階階微微分分：一一階階微微分分：微微分分環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)：積積分分環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)：慣慣性性環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)：比比例

8、例環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)：三、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)三、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)15四、結(jié)構(gòu)圖、等價變換、化簡四、結(jié)構(gòu)圖、等價變換、化簡串聯(lián)、并聯(lián)的等價變換串聯(lián)、并聯(lián)的等價變換正、負(fù)反饋的等價變換正、負(fù)反饋的等價變換綜合點的前移、后移綜合點的前移、后移相鄰綜合點的交換、合并相鄰綜合點的交換、合并引出點的前移、后移引出點的前移、后移相鄰引出點的交換、移動相鄰引出點的交換、移動16五、五、 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Gc(s)G o(s)H(s)D(s)Y(s)R(s)-U(s)E(s)（2 2）閉環(huán)系統(tǒng)的特征多項式與特征方程）閉環(huán)系統(tǒng)的特征多項式與特征方程)s(R)s(U)s(D)s(Y)s(D)s(

9、E)s(R)s(E)s(R)s(Y，如何運用反饋公式求如何運用反饋公式求）（ 1.0G10BA.BABA,)s(A)s(BHGGGkock為特征方程為特征方程或或為特征多項式為特征多項式則則為多項式，為多項式，、設(shè)設(shè) 17本章主要知識點與主要線索本章主要知識點與主要線索 考慮負(fù)載效應(yīng)拉氏變換(零初條件) (零初條件)(零初條件)拉氏變換消元法抽象物理、化學(xué)定律簡化假定克萊姆法則線性化方法自動控制系統(tǒng)物理模型系統(tǒng)部件微分方程組系統(tǒng)增量動態(tài)方程組系統(tǒng)象函數(shù)方程組系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(信號流圖)梅森公式結(jié)構(gòu)圖等效變換法則C(s)系統(tǒng)原理方塊圖系統(tǒng)輸入輸出動態(tài)關(guān)系式傳遞函數(shù)18傳遞函數(shù)概念與后幾章的關(guān)系可用

10、傳遞函數(shù)概念與后幾章的關(guān)系可用下下圖來表示圖來表示傳遞函數(shù)單位脈沖響應(yīng)函數(shù)第三章時域分析第四章根軌跡法第五章頻率域分析拉氏反變換sj19第三章第三章 線性系統(tǒng)的時域分析法線性系統(tǒng)的時域分析法1.1. 對自動控制系統(tǒng)的基本要求對自動控制系統(tǒng)的基本要求 穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能( (穩(wěn)態(tài)誤差）、穩(wěn)態(tài)誤差）、 動態(tài)（暫態(tài)）響應(yīng)性能（平穩(wěn)性、快速性）動態(tài)（暫態(tài)）響應(yīng)性能（平穩(wěn)性、快速性）2.2. 典型輸入信號及典型響應(yīng)之間的關(guān)系典型輸入信號及典型響應(yīng)之間的關(guān)系 微分與積分關(guān)系微分與積分關(guān)系203. 3. 控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性1TsK)s(G l 單位階躍響應(yīng)與性

11、能指標(biāo)單位階躍響應(yīng)與性能指標(biāo)l 一階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性一階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性T T、K K 與響應(yīng)性能的關(guān)系？與響應(yīng)性能的關(guān)系？21l 二階規(guī)范型系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性二階規(guī)范型系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性2nn22ns2s)s(G 一、二階系統(tǒng)極點位置與暫態(tài)一、二階系統(tǒng)極點位置與暫態(tài) 響應(yīng)特性的關(guān)系響應(yīng)特性的關(guān)系: 穩(wěn)定性，穩(wěn)定性， 平穩(wěn)性、平穩(wěn)性、 快速性?？焖傩?。：阻阻尼尼比比，：無無阻阻尼尼自自然然振振蕩蕩頻頻率率 n.n是是欠欠阻阻尼尼系系統(tǒng)統(tǒng)）性性能能指指標(biāo)標(biāo)的的計計算算（重重點點與與響響應(yīng)應(yīng)性性能能的的關(guān)關(guān)系系；， j0s平面平面s2s1極點位置極點位置 22系統(tǒng)極點位置與響應(yīng)特性的關(guān)系系統(tǒng)極

12、點位置與響應(yīng)特性的關(guān)系: 穩(wěn)定與否，穩(wěn)定時響應(yīng)的平穩(wěn)性、快速性。穩(wěn)定與否，穩(wěn)定時響應(yīng)的平穩(wěn)性、快速性。l 高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng) 高階系統(tǒng)近似為低階系統(tǒng)：高階系統(tǒng)近似為低階系統(tǒng)： “主導(dǎo)極點主導(dǎo)極點”、“非主導(dǎo)零點非主導(dǎo)零點”和和“偶極子偶極子”的概念的概念234. 4. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性的基本概念穩(wěn)定性的基本概念 穩(wěn)定性的兩種常用定義穩(wěn)定性的兩種常用定義 運動穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性 有界輸入有界輸出穩(wěn)定性（有界輸入有界輸出穩(wěn)定性（ BIBO BIBO 穩(wěn)定）穩(wěn)定） 線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定條件線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定條件 系統(tǒng)極點均具有負(fù)實部系統(tǒng)極點均具有負(fù)實部 反饋控制

13、系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 特征方程的根（閉環(huán)極點）均具有負(fù)實部特征方程的根（閉環(huán)極點）均具有負(fù)實部24 判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定；判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定； 判斷不穩(wěn)定極點的個數(shù)；判斷不穩(wěn)定極點的個數(shù)； 求出保證系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)取值范圍；求出保證系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)取值范圍； （參數(shù)的穩(wěn)定域）（參數(shù)的穩(wěn)定域） 分析系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。分析系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。勞斯勞斯- -赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)勞斯表的計算規(guī)律勞斯表的計算規(guī)律勞斯判據(jù)的應(yīng)用：勞斯判據(jù)的應(yīng)用：255. 5. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差態(tài)態(tài)誤誤差差。跟跟蹤蹤穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)誤誤差差、擾擾動動穩(wěn)穩(wěn)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)誤誤差差的的定定義義和和分

14、分類類 E(s) 在在左左半半平平面面。除除原原點點外外，其其余余極極點點均均前前提提：差差利利用用終終值值定定理理求求穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)誤誤 的的條條件件0 0穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)誤誤差差 E(s) 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)分分解解為為暫暫態(tài)態(tài)將將何何求求穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)誤誤差差不不能能利利用用終終值值定定理理時時如如 j （只用于在虛軸上有原點以外的極點）（只用于在虛軸上有原點以外的極點）26中中的的積積分分環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)。對對應(yīng)應(yīng)對對于于參參考考輸輸入入，系系統(tǒng)統(tǒng)型型 n-1jjm1iik)1s(Ts)1s(K(s)G中中的的積積分分環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)。的的一一般般對對應(yīng)應(yīng)擾擾動動作作用用點點前前對對于于擾擾動動輸輸入入，系系統(tǒng)統(tǒng)型型 與與

15、穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)誤誤差差的的關(guān)關(guān)系系控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的型型， Gc(s)G o(s)H(s)D(s)Y(s)R(s)-U(s)E(s)0el,s1)s(Rsrl 有有對對 27誤差的定義公式、圖線公式、圖線勞斯判據(jù)、赫爾維茨判據(jù)( )G s( ) s( )es,n ,K, ,psttTsse一階系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)式二階系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)式閉環(huán)特征式穩(wěn)定性( )E s終值定理判穩(wěn)等效單位負(fù)反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù),pvaKKK( )H s判穩(wěn)誤差系數(shù)本章主要知識點與主要線索本章主要知識點與主要線索 28一、根軌跡的定義及分類一、根軌跡的定義及分類u常規(guī)根軌跡（增益由常規(guī)根軌跡（增益由00的閉環(huán)極點軌跡）的閉環(huán)極點軌跡）u參數(shù)

16、根軌跡（其他參數(shù)由參數(shù)根軌跡（其他參數(shù)由00的根軌跡）的根軌跡） 等效開環(huán)傳遞函數(shù)等效開環(huán)傳遞函數(shù)u零度根軌跡（零度根軌跡（1 1G Gk k(s(s)=0)=0的根軌跡）的根軌跡） 用于正反饋、非最小相位系統(tǒng)或增益由用于正反饋、非最小相位系統(tǒng)或增益由00u根軌跡族（多個參數(shù)變化時的根軌跡）根軌跡族（多個參數(shù)變化時的根軌跡）第四章第四章 線性系統(tǒng)的根軌跡法線性系統(tǒng)的根軌跡法29G(s)H(s)-R(s)Y(s)二、二、 繪制根軌跡的基本依據(jù)和條件繪制根軌跡的基本依據(jù)和條件特征方程：特征方程：1+G(s)H(s)=01+G(s)H(s)=0或或 G(s)H(sG(s)H(s)= -1)= -1幅

17、值條件和相角條件：幅值條件和相角條件：mn,)z(s)p(sK,1)p(s)z(sKG(s)H(s)m1iin1iign1iim1iig 或或,2 , 1 ,0k),1k2(180)ps()zs()s(H)s(Gn1iim1jj 。幅值條件和相角條件的幾何意義？幅值條件和相角條件的幾何意義？30三、繪制常規(guī)根軌跡的基本規(guī)則三、繪制常規(guī)根軌跡的基本規(guī)則 根軌跡的分支數(shù)、對稱性、根軌跡的分支數(shù)、對稱性、 起點和終點、實軸上的根軌跡、起點和終點、實軸上的根軌跡、 漸近線（傾角，與實軸的交點）、漸近線（傾角，與實軸的交點）、 分離點和匯合點、與虛軸的交點、分離點和匯合點、與虛軸的交點、 出射角和入射角

18、、出射角和入射角、 特征方程的根之和特征方程的根之和= =開環(huán)極點之和（開環(huán)極點之和（n-m2n-m2）分析與設(shè)計：分析與設(shè)計：確定主導(dǎo)極點確定主導(dǎo)極點根軌跡增益根軌跡增益其他閉環(huán)極點其他閉環(huán)極點閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)四、應(yīng)用根軌跡分析系統(tǒng)特性四、應(yīng)用根軌跡分析系統(tǒng)特性31T法則開環(huán)傳遞函數(shù)零、極點pi ,zi閉環(huán)根軌跡(加上閉環(huán)零點)簡化處理一 、 二階系統(tǒng)系 統(tǒng) 性 能指標(biāo)定性分析,求K的取值范圍,n “法則”是指繪制根軌跡的基本法則，“簡化處理” 是指利用主導(dǎo)極點和偶極子的概念，將高階系統(tǒng)近似地看成一階或二階系統(tǒng)。“定性分析”可以包含階躍響應(yīng)的不同形式對K取值的要求，例如階躍響應(yīng)單調(diào)收

19、斂，振蕩收斂，最佳阻尼比，系統(tǒng)穩(wěn)定等。本章主要知識點與主要線索本章主要知識點與主要線索 32一、頻率特性的定義一、頻率特性的定義 輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入正弦信號之間的關(guān)系；輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入正弦信號之間的關(guān)系； 幅頻特性，相頻特性幅頻特性，相頻特性二、頻率特性的幾何表示二、頻率特性的幾何表示 幅相頻率特性圖（極坐標(biāo)圖，幅相頻率特性圖（極坐標(biāo)圖，NyquistNyquist圖）；圖）； 對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性（伯德圖）；對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性（伯德圖）；第五章第五章 線性系統(tǒng)的頻域分析法線性系統(tǒng)的頻域分析法33三、頻率特性圖的繪制三、頻率特性圖的繪制l 典型環(huán)節(jié)的頻率特性典型環(huán)節(jié)的頻率特

20、性l 開環(huán)頻率特性開環(huán)頻率特性l 最小相位與非最小相位系統(tǒng)的頻率特性最小相位與非最小相位系統(tǒng)的頻率特性l 最小相位系統(tǒng)對數(shù)幅頻和相頻特性的對應(yīng)關(guān)系最小相位系統(tǒng)對數(shù)幅頻和相頻特性的對應(yīng)關(guān)系l 最小相位系統(tǒng)近似對數(shù)幅頻特性最小相位系統(tǒng)近似對數(shù)幅頻特性和開環(huán)和開環(huán)傳遞函傳遞函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系34四、頻率穩(wěn)定判據(jù)四、頻率穩(wěn)定判據(jù) 幅角原理（映射定理）幅角原理（映射定理） NyquistNyquist穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)； 開環(huán)傳函包含虛軸上極點時的開環(huán)傳函包含虛軸上極點時的NyquistNyquist穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)； 應(yīng)用應(yīng)用NyquistNyquist穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)性能穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)性

21、能( (穩(wěn)定域等穩(wěn)定域等) )五、穩(wěn)定裕量五、穩(wěn)定裕量；幅幅穿穿頻頻率率（截截止止頻頻率率）相相角角裕裕量量；相相穿穿頻頻率率增增益益裕裕量量cgh,。與與響響應(yīng)應(yīng)性性能能的的大大致致關(guān)關(guān)系系穩(wěn)穩(wěn)定定裕裕量量及及的的計計算算及及分分析析；穩(wěn)穩(wěn)定定裕裕量量c 35部件閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性開環(huán),h()20lg()()G jG jG j對數(shù)判據(jù), p乃氏判據(jù), p( )M, , ,cKh b0r,M,M尼科爾斯圖三頻段定性閉環(huán)幅頻特性00,ssst e本章主要知識點與主要線索本章主要知識點與主要線索 36第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正方法線性系統(tǒng)的校正方法系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合： 根據(jù)系統(tǒng)已知部分的特性，確定校正

22、方式和校正裝置，使系統(tǒng)的整體特性符合要求。 綜合的核心是設(shè)計校正裝置。綜合的核心是設(shè)計校正裝置。校正方式：校正方式： 串聯(lián)（重點）、反饋、前饋、復(fù)合。串聯(lián)（重點）、反饋、前饋、復(fù)合。頻域綜合頻域綜合：設(shè)計校正裝置，使開環(huán)頻率特性曲線（主要是幅頻特性的Bode圖）滿足要求。37低頻段決定低頻段決定穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)態(tài)性能L()-40dB/dec-40dB/decc-20dB/dec開環(huán)對數(shù)幅頻特性與閉環(huán)系統(tǒng)性能開環(huán)對數(shù)幅頻特性與閉環(huán)系統(tǒng)性能低頻段決定開環(huán)系統(tǒng)的積分環(huán)節(jié)數(shù)和開環(huán)放大系數(shù)低頻段決定開環(huán)系統(tǒng)的積分環(huán)節(jié)數(shù)和開環(huán)放大系數(shù)決定穩(wěn)態(tài)誤差決定穩(wěn)態(tài)誤差38中頻段決定暫態(tài)性能：保證穩(wěn)定裕量和恰當(dāng)?shù)慕刂诡l率L

23、()-40dB/dec-40dB/dec-20dB/dec23c-20dB/dech中頻寬中頻寬穩(wěn)定裕量穩(wěn)定裕量 平穩(wěn)性平穩(wěn)性；截止頻率（幅穿頻率）截止頻率（幅穿頻率） 快速性快速性，但抗高頻干，但抗高頻干擾能力擾能力最小相位系統(tǒng)較理想最小相位系統(tǒng)較理想的中頻段的中頻段39高頻段決定系統(tǒng)抑制高頻噪聲的能力高頻段決定系統(tǒng)抑制高頻噪聲的能力高頻段高頻段高頻段衰減越快，抗高頻噪聲能力越強；但會使高頻段衰減越快，抗高頻噪聲能力越強；但會使穩(wěn)定裕量和截止頻率減小，平穩(wěn)性和快速性下降。穩(wěn)定裕量和截止頻率減小，平穩(wěn)性和快速性下降。L()-40dB/dec-40dB/dec-20dB/dec23ch-20dB

24、/dec40串聯(lián)校正的兩種常用思路串聯(lián)校正的兩種常用思路1.根據(jù)性能要求確定希望的開環(huán)頻率特性的根據(jù)性能要求確定希望的開環(huán)頻率特性的Bode圖，再由圖，再由Bode圖求開環(huán)傳遞函數(shù)，最后圖求開環(huán)傳遞函數(shù)，最后得到校正裝置的傳遞函數(shù)。得到校正裝置的傳遞函數(shù)。2.限定校正裝置為簡單結(jié)構(gòu)，通過改變其參數(shù)限定校正裝置為簡單結(jié)構(gòu)，通過改變其參數(shù)來獲得盡可能好的開環(huán)頻率特性。來獲得盡可能好的開環(huán)頻率特性。思路思路2 2的常用校正方式：的常用校正方式：超前校正，滯后校正，超前校正，滯后校正，滯后超前校正滯后超前校正41超前校正：超前校正：1,1Ts1Ts)s(Gc (s)GcG(s)-R(s)Y(s)E(s

25、)滯后校正：滯后校正：1,1Ts1Ts(s)Gc 滯后超前校正：滯后超前校正：diddiicTT,1,1,1sT1sT1sT1sT)s(G 超超前前環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)遲遲后后環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)420T1 m dec/dB20)(L lg200 m lg10T1T1)( m T1超前校正超前校正作用：利用作用：利用相角超前特性相角超前特性增大相角裕量，利用增大相角裕量，利用正斜率正斜率幅頻特性幅頻特性增大截止頻率，從而改善暫態(tài)性能。增大截止頻率，從而改善暫態(tài)性能。 T1lg10)(Lsin1sin111arcsinmmcmmm 或或計算公式：計算公式：兩種校正思路：兩種校正思路：按相角裕量，或按提升幅值以增大按相角

26、裕量，或按提升幅值以增大c43校正思路1：c co lg10)(Lco )(Lc )(Lo )(o )(c m 0m ，再計算再計算確定確定由要求的由要求的）（先試選先試選mmmmcsin1sin1 和和然后校驗然后校驗c 只只須須校校驗驗，優(yōu)優(yōu)點點：始始終終保保證證 mc 44校正思路2：c co lg10)(Lco )(Lc )(Lo )(o )(c m 0m )(Llg10comc 令令）（先試選先試選T，滿意后計算，滿意后計算再校驗再校驗 mmc 產(chǎn)產(chǎn)生生最最大大相相角角校校正正量量，優(yōu)優(yōu)點點：始始終終保保證證 450 )( m -900T1 m dec/dB20 )(L lg10T1

27、 lg20滯滯后校正后校正作用：利用作用：利用幅值衰減特性幅值衰減特性，使截止頻率下降，從而增，使截止頻率下降，從而增大穩(wěn)定裕量，改善響應(yīng)的平穩(wěn)性，但快速性降低。大穩(wěn)定裕量，改善響應(yīng)的平穩(wěn)性，但快速性降低。105T1T1cc 一一般般取取使使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折頻頻率率的的確確定定原原則則： lg20 幅幅度度為為特特點點：最最大大衰衰減減46滯后校正的計算滯后校正的計算blg20 的的要要求求計計算算根根據(jù)據(jù)對對 1.T105T1c計計算算由由 2.co c b T1 T1校正前校正前470iT1 iT1)(Lc 0 -90dT1 dT1)(c 90 -20dB/dec20dB/dec滯后超前校正滯后超

28、前校正作用：利用超前校正增大作用：利用超前校正增大，利用滯后校正，利用滯后校正的幅值衰減特性使的幅值衰減特性使c 滿足要求。滿足要求。48滯后超前校正的設(shè)計思路滯后超前校正的設(shè)計思路L()-20dB/dec-40-60校正前校正前c 超前校正超前校正-20超前校正后超前校正后-20-40-60ba滯后校正滯后校正裕裕量量，以以最最大大限限度度提提升升相相角角于于期期望望的的使使超超前前校校正正的的中中心心點點位位cba 校校正正后后的的曲曲線線，使使利利用用滯滯后后校校正正衰衰減減超超前前滯滯后后環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)相相角角最最大大超超前前相相角角原原系系統(tǒng)統(tǒng)相相角角180可能比校正前大或小可能比校正前大

29、或小c 49)s(GTdd及傳遞函數(shù)及傳遞函數(shù)求超前校正部分的求超前校正部分的 1sT1sT)s(Gddd 遲后角遲后角超前角超前角原系統(tǒng)原系統(tǒng)imco)(180 和和確定最大超前角確定最大超前角由要求的由要求的m mmsin1sin1 ,11Tcmd ,1sT1sT1sT1sT)s(Gddiic 超超前前環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)遲遲后后環(huán)環(huán)節(jié)節(jié) 計算步驟計算步驟50blg20 ,T105T1ici計計算算由由 計計算算遲遲后后校校正正的的根根據(jù)據(jù)根根據(jù)據(jù)幅幅值值衰衰減減要要求求 )s(GTiic及及傳傳遞遞函函數(shù)數(shù)的的要要求求計計算算率率根根據(jù)據(jù)遲遲后后校校正正的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折頻頻 ,1sT1sT1sT1sT)

30、s(Gddiic 超超前前環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)遲遲后后環(huán)環(huán)節(jié)節(jié) 1sT1sT)s(Giid 51串聯(lián)校正的根軌跡法和頻率域法思路串聯(lián)校正的根軌跡法和頻率域法思路 期望連接開環(huán)： sse抗干擾,st,K開環(huán)低頻段中頻段高頻段( )L( )cG s cL0( )G s主導(dǎo)極點 的 根軌跡方程0( )G s補償角校驗,ccpzc1,2s,c 52第八章第八章 非線性控制系統(tǒng)分析非線性控制系統(tǒng)分析5354y(t)= A0+(Ancosnt+Bnsin nt)= A0+Yn(sin nt+n)n=1n=122n nn nn nB BA AY Y 200)(21t td dt ty yA At td d t tn n

31、t ty yA An n 20cos)(1t td d t tn nt ty yB Bn n 20sin)(1若若A0=0，且當(dāng)且當(dāng)n1時，時，Yn均很小，則可近似認(rèn)為非線性環(huán)節(jié)的均很小，則可近似認(rèn)為非線性環(huán)節(jié)的正弦響應(yīng)僅有一次諧波分量！正弦響應(yīng)僅有一次諧波分量！1111X X(t) = Asin ty(t) Y1sin(t+1)非線性環(huán)節(jié)可非線性環(huán)節(jié)可近似認(rèn)為近似認(rèn)為具有和線性環(huán)節(jié)具有和線性環(huán)節(jié)相類似相類似的頻率響應(yīng)形式的頻率響應(yīng)形式為此，定義正弦信號作用下，非線性環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸出中為此，定義正弦信號作用下，非線性環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸出中一次諧波一次諧波分量和輸入信號的分量和輸入信號的復(fù)數(shù)比復(fù)數(shù)比為非

32、線性環(huán)節(jié)的為非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)描述函數(shù)，用，用N(A)表示：表示：y(t) A1cos t+B1sin t Y1sin(t+1)1= arctgA1/B111 j je eA AY YA Aj jA AB B11 N(A) = N(A) ejN(A) =55常見非線性特性的描述函數(shù)常見非線性特性的描述函數(shù) 飽和特性飽和特性 死區(qū)特性死區(qū)特性 繼電器特性繼電器特性 穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析 56作圖積分求解開關(guān)線結(jié)構(gòu)歸化計算查表非線性系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)乃氏曲線線性部分分段線性的非線性系統(tǒng)分段相跡方程奇點類型相跡方程等傾線法穩(wěn)定性,自振,求自振參數(shù)求時間1( )NX( )NX相跡時間響應(yīng)本章主要知識點與主

33、要線索本章主要知識點與主要線索 57“總結(jié)與復(fù)習(xí)總結(jié)與復(fù)習(xí)”完完?？荚嚾〉煤贸煽儯剀疤崾緶剀疤崾?8 單位反饋的最小相角系統(tǒng)，開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖所示單位反饋的最小相角系統(tǒng)，開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖所示一一. . 綜合題綜合題cK解解解解22222)(1)()(nnnssKssKsGsGs12nnK) 1()(ssKsG1 1 寫出寫出 G(s) G(s) 表達(dá)示，確定表達(dá)示，確定 K=?,K=?, w wn n=?=?。ccn12 2 欲使閉環(huán)系統(tǒng)欲使閉環(huán)系統(tǒng) x=0.707x=0.707， K K應(yīng)取多大？應(yīng)取多大？707. 0707. 0Kn5 . 0212122nK5 . 05 . 0)

34、(2sss課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（1 1）59 解解 畫出系統(tǒng)根軌跡畫出系統(tǒng)根軌跡解解0000100532. 42e)45(707. 03 3 畫出畫出 K=0K=0時系統(tǒng)的根軌跡時系統(tǒng)的根軌跡, , 確定確定K=0.5K=0.5時閉環(huán)極點的位置時閉環(huán)極點的位置。4 4 K =0.5K =0.5時時， 計算系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)計算系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)( (t tp p, , s st ts s) )。: )( 1)(1ttr5 . 05 . 02, 1j28. 65 . 014. 312npt75 . 05 . 35 . 3nst5 5 K =0.5K =0.5時時， 計算計算 r(t)=1(t) r(t)=

35、1(t) 時的時的 essess。解解0sse:)(2ttr25 . 01KAess課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（2 2）60 解解5 . 0 Kc6 6 概略畫出概略畫出相應(yīng)的對數(shù)幅頻曲線相應(yīng)的對數(shù)幅頻曲線 L(L(w w) )和幅相特性曲線和幅相特性曲線j(w)j(w)。7 7 計算相應(yīng)的相角裕度計算相應(yīng)的相角裕度 g g 和幅值裕度和幅值裕度 h h 。021707. 02nr63.43arctg0.5901808 8 計算相應(yīng)的閉環(huán)頻率指標(biāo)計算相應(yīng)的閉環(huán)頻率指標(biāo)( (w wr r, , M Mr r, , w wb b) )。解解1121707. 02rM5 . 044221707. 042

36、2Knnbgh課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（3 3）61 解解12215 . 05 . 0)(1)()(22sssssGsGs9 9 時，計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出時，計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出c cs s(t(t) )。2221)()21()(trjtcs90090)(90)(trtcs9021sin2)(ttcsttrK21sin2)(, 5 . 0212211)(212jjj)()()()(9021trtctrtcss課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（4 4）62 解解sssssssss5 . 05 . 05 . 0) 1() 1( 5 . 01) 1(5 . 0)(210 10 采用測速反饋控制，分析當(dāng)采用測速反饋控

37、制，分析當(dāng)=0=0變化時對系統(tǒng)性能的影響變化時對系統(tǒng)性能的影響 。)5 . 01(5 . 0)1(5 . 01)1(5 . 0)(ssssssssG1)5 . 01 ()5 . 01 (5 . 0ss5 . 015 . 0KssssD5 . 05 . 0)(25 . 05 . 05 . 05 . 05 . 0)(2*jssssssG25 . 05 . 01)(KAettrss1v繪制根軌跡，繪制根軌跡，可見可見 e essss可見系統(tǒng)穩(wěn)定，可見系統(tǒng)穩(wěn)定， x x % %課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（5 5）63 解解11 11 為提高系統(tǒng)在為提高系統(tǒng)在r(tr(t)=t)=t作用下的穩(wěn)態(tài)精度，增加了

38、作用下的穩(wěn)態(tài)精度，增加了K K值，相應(yīng)的值，相應(yīng)的L Lo o( (w w) )曲線如圖曲線如圖示。要求在保持給定示。要求在保持給定w w0 0、 K K值的條件下，提高相角裕度值的條件下，提高相角裕度K Kg g, , 確定采用何種確定采用何種串聯(lián)校正方式；繪制校正示意圖，討論校正后對系統(tǒng)性能的影響串聯(lián)校正方式；繪制校正示意圖，討論校正后對系統(tǒng)性能的影響 。低頻段：低頻段：中頻段：中頻段：采用遲后采用遲后- -超前校正（步驟如圖所示）超前校正（步驟如圖所示）高頻段：高頻段：保持保持K K值，可使值，可使e essss滿足要求；滿足要求；保持保持w wc c，提高提高K Kg g，可改善系統(tǒng)動

39、態(tài)性能；可改善系統(tǒng)動態(tài)性能；高頻段被抬高，系統(tǒng)抗高頻干擾的能力有所降低。高頻段被抬高，系統(tǒng)抗高頻干擾的能力有所降低。注：注：L L0 0( (w w) ),L,Lc c( (w w),),L(L(w w) )三者之中知其二，可定其三。三者之中知其二，可定其三。課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（6 6）64 解解 (1) (1) 無無ZOHZOH時時TTTTezeKezKzezGzGz)1 ()1()1 ()(1)()(212 12 采用離散控制方式，對系統(tǒng)偏差進(jìn)行采樣采用離散控制方式，對系統(tǒng)偏差進(jìn)行采樣, ,采樣周期采樣周期T=1T=1，分別討論有或分別討論有或 沒有沒有ZOH ZOH 時時K K的穩(wěn)定

40、范圍，以及單位斜坡作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的穩(wěn)定范圍，以及單位斜坡作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差e()e()。0)1 (TeK0)1 ()1 (2TTeKeKezKzezGzKTTzzv)1 (lim)() 1(lim11) 1()(ssKZzG)(1()1 (TTezzKzeTTTezeKezzD)1 ()1()(20)1 ()1 (2)1 (2)1 ()(2TTTTeKeweweKwD0K328. 41)1 (21TTTeeKKTKATev)(328. 40 K課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（7 7）65 解解 (2) (2) 有ZOHZOH時)1 (1)1()1 ()1()(1)()(22TTTTTTTTeT

41、eeKzeeTKzTeezeTKzGzGz0)1 ()() 1 (TTeKTTeTKD1)21 (TTeeKKTzGzKzv)() 1(lim1) 1(1)(ssKseZzGTs)(1()1 ()1()(1()1 () 1(12TTTTTTezzTeezeTKezzzezTzzzK0K4 .2613)1 (21TTTeeKKKATev1)(39. 20 K)1 (1)1()(2TTTTTeTeeKzeeTKzzD0) 13()1 (2) 1(TTeKeD39. 221)1 (1TTTeeK課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（8 8）66 解解 (1) (1) 畫出畫出G(jG(jw w) ) ，1)()(

42、jGAN22214AA272. 1786. 0A1)1 (41422jjKAMhjAhAM13 13 系統(tǒng)前向通路中串入純滯環(huán)繼電特性系統(tǒng)前向通路中串入純滯環(huán)繼電特性, ,-1/-1/N(A)N(A)曲線如圖，試確定：曲線如圖，試確定： (1) (1) 系統(tǒng)是否會自振？是否一定自振？系統(tǒng)是否會自振？是否一定自振？ (2) (2) 當(dāng)當(dāng) M=h=K=1, M=h=K=1, 時系統(tǒng)的自振參數(shù)時系統(tǒng)的自振參數(shù)( (A, A, w w); ); (3) (3) 討論增大討論增大 K K 或加入延時環(huán)節(jié)時或加入延時環(huán)節(jié)時( (A,A,w w) )的變化趨勢。的變化趨勢。可見系統(tǒng)一定自振?？梢娤到y(tǒng)一定自振。(2)(2)jjjKAjAAM2222)1 (41424A實部實部虛部虛部12A221A043(3),AK,A課程總復(fù)習(xí)（課程總復(fù)習(xí)（9 9）67 例例 已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，判定其穩(wěn)定性。已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，判定其穩(wěn)定性。)5)(2()21 ()(2*ssssKsG二二. . 關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法解法一解法一