自动控制原理总复习资料(完美)

第一章的概念1、典型的反馈控制系统基本组成框图：2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。3、基本要求的提法：可以归结为稳定性、准确性和快速性。第二章要求:1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；3、明确传递函数与微分方程之间的关系；4、能熟练地进行结构图等效变换；5、明确结构图与信号流图之间的关系；6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；例1某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211sRsCsRsC，)()(,)()(2122SRSCsRsC。43213211243211111)()(,1)()()(GGGGGGGsRsCGGGGsGsRsC串连补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输出量主反馈局部反馈输入量－－例2某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：)()(,)()(,)()(,)()(sNSEsRsEsNsCsRsC。例3：将上图汇总得到：例4、一个控制系统动态结构图如下，试求系统的传递函数。Ui(s)Uo(s)Uo(s)U(s)I2(s)IC(s)-1-1-11/R11/C1s1/C2s1/R21()it2()it1()ut()ct()rt1R2R1C2C+_+_+_Ka11Cs21Cs21R1R()Rs()Cs1()Us1()Us1()Us1()Is1()Is2()Is2()Is2()Is()Cs(b)(t)iR(t)ur(t)111(t)]dti(t)[iC1(t)u2111(t)iRc(t)(t)u221(t)dtiC1c(t)22+_+_+-11Cs21R21Cs11R()Rs()Cs(s)H(s)(s)GG1(s)(s)GGR(s)C(s)2121(s)H(s)(s)GG1(s)G-N(s)C(s)212nkKKPP11Xr(S)——XC（S）5214323211)()(例5如图RLC电路，试列写网络传递函数Uc(s)/Ur(s).解:零初始条件下取拉氏变换：例6某一个控制系统的单位阶跃响应为：tteetC221)(，试求系统的传递函数、微分方程和脉冲响应。解：传递函数：)1)(2(23)(ssssG，微分方程：)(2)(3)(2)(3)(22trdttdrtcdttdcdttcd脉冲响应：tteetc24)(例7一个控制系统的单位脉冲响应为tteetC24)(，试求系统的传递函数、微分方程、单位阶跃响应。解：传递函数：)1)(2(23)(ssssG，微分方程：)(2)(3)(2)(3)(22trdttdrtcdttdcdttcd单位阶跃响应为：tteetC221)(第三章本章要求：1、稳定性判断1）正确理解系统稳定性概念及稳定的充要条件。闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环传递函数的极点均分布在平面的左半部。2）熟练运用代数稳定判据判定系统稳定性，并进行分析计算。2、稳态误差计算1）正确理解系统稳态误差的概念及终值定理应用的限制条件。2）牢固掌握计算稳态误差的一般方法。3）牢固掌握静态误差系数法及其应用的限制条件。3、动态性能指标计算1）掌握一阶、二阶系统的数学模型和典型响应的特点。RLCi(t)ur(t)uc(t)W1W2W3W5W4)()()()(22tutudttduRCdttudLCrccc11)()()(2RCsLCssUsUsGrc)()()()(2sUsUsRCsUsULCsrccc2）牢固掌握一阶、二阶系统特征参数及欠阻尼系统动态性能计算。3）掌握典型欠阻尼二阶系统特征参数、极点位置与动态性能的关系。例3已知图中Tm=0.2，K=5，求系统单位阶跃响应指标。解3：系统闭环传递函数为化为标准形式即有2n=1/Tm=5,n2=K/Tm=25解得n=5,ζ=0.5例5：设控制系统的开环传递函数系统为)32(54)(22sssssG，试用劳斯判据判别系统的稳定性，并确定在复平面的右半平面上特征根的数目。解：特征方程：0542234ssss劳斯表)1(sTsKmR(s)(-)C(s)KsTsKsGsGsm)1()(1)()(22222///)(nnnmmmssTKTssTKs%3.16%100%21e秒4.15.3nst秒73.012ndpt秒486.0drt:.,)/(40.5,,1.n解性能指标试求系统的动态信号时当输入信号为单位阶跃秒弧度其中二阶系统如图所示例%3.16%100%100)(91.0t)(60.0t46.35.0141)(05.16025.015.0212222p46.31p46.305.11r22d5.05.011eearctgarctgnnn秒秒弧度0.02)(14.245.05.45.4t0.05)(57.145.05.35.3tss秒秒nn控制系统不稳定，右半平面有两个特征根。例6：一个单位负反馈控制系统的开环传递函数为：G（S）=)125.0)(11.0(SSSK，要求系统闭环稳定。试确定K的范围(用劳斯判据)。解：特征方程：0035025.023Ksss劳斯表系统稳定的K值范围（0，14）例6：系统的特征方程：解：列出劳斯表：因为劳斯表中第一列元素无符号变化，说明该系统特征方程没有正实部根，所以：系统稳定。第四章根轨迹1、根轨迹方程0617177234ssss),2,1,0(1)()()12(11*kepszsKkjniimjj型别静态误差系数阶跃输入)(1)(tRtr斜坡输入Rttr)(加速度输入2)(2RttrpKvKaK)1(PssKReVssKReassKRe0K00)1(KR∞∞Ⅰ∞K00KR∞Ⅱ∞∞K00KRⅢ∞∞∞0002、根轨迹绘制的基本法则3、广义根轨迹（1）参数根轨迹（2）零度根轨迹例1:某单位反馈系统，（1）3条根轨迹的起点为;2,1,0321ppp(2)实轴根轨迹（0，-1）；（-2，-∞）（3）渐近线：3条。渐近线的夹角：渐近线与实轴的交点：（4）分离点：)2)(1()(*sssKsG10321011)()(mnzpσmiiniiaπ,3π,3πmn1)π(2ka021111ddd,1||||11*niimjjpszsK)12()()(11kpszsniimjj得：，（5）与虚轴的交点系统的特征方程：实部方程:虚部方程：解得：(舍去)临界稳定时的K=6例2已知负反馈系统闭环特征方程025.025.0)(23KssssD，试绘制以K为可变参数的根轨迹图；由根轨迹图确定系统临界稳定时的K值；解特征方程025.025.0)(23KssssD得根轨迹方程为1)5.0(25.02ssK；（1）根轨迹的起点为终点为;5.0,0321ppp（无开环有限零点）；（2）根轨迹共有3支，连续且对称于实轴；（3）根轨迹的渐近线有条3mn，33.031;180,60)12(11mnzpmnknimjjiaa；（4）实轴上的根轨迹为]5.0,(]5.0,0[；（5）分离点，其中分离角为2/，分离点满足下列方程niiddpd105.0211；)(58.1,42.021舍去dd03*2K02300*K62*K0230)23(0)()(1*23*23KjjKssssHsGjs即解方程得17.061d；（7）根轨迹与虚轴的交点：将js代入特征方程，可得实部方程为025.02K＋－；虚部方程为025.03；1,5.02,1K由根轨迹图可得系统临界稳定时1K；由上述分析可得系统概略根轨迹如右图所示：例3已知负反馈系统闭环特征方程02410)(23KssssD,试绘制以K为可变参数的根轨迹图;由根轨迹图确定系统临界稳定时的K值.解特征方程02410)(23KssssD得根轨迹方程为1)6)(4(sssK；（1）3条根轨迹的起点为;6,4,0321ppp(2)渐近线：3条。渐近线的夹角：渐近线与实轴的交点：（3）分离点：即得（舍去）（4）与虚轴的交点系统的特征方程：s(s+4)(s+6)+K*=0令代入，求得实部方程:虚部方程：解得：(舍去)180,6013)12(180ka33.330)640(a061411ddd0242032dd1.52d57.11djs010*2K024300*K2409.4*K临界稳定时的K=240第五章本章要求：1、正确理解频率特性基本概念；2、掌握开环频率特性曲线的绘制；（1）开环幅相曲线的绘制方法1）确定开环幅相曲线的起点和终点;2）确定开环幅相曲线与实轴的交点或为穿越频率，开环幅相曲线曲线与实轴交点为3）开环幅相曲线的变化范围（象限和单调性）。（2）开环对数频率特性曲线1）开环传递函数典型环节分解；22)(ωsAω(s)U,则tASint设uii2211)(sATssUo)(11)(22/220TarctgtSinTAeTTAtuTt)](sin[)()(1:22tAATarctgtSinTAuos稳态分量TarctgTA)(,1/1)(22其中：)()()()()](sin[)()(jGjGAjGtjGAtcs)()()(jeAjG0(,0)xIm[()()]0xxGjHj()()();0.1,2,xxxGjHjkkxRe()()()()xxxxGjHjGjHj2）确定一阶环节、二阶环节的交接频率，将各交接频率标注在半对数坐标图的轴上；3）绘制低频段渐近特性线：低频特性的斜率取决于，还需确定该直线上的一点，可以采用以下三种方法：方法一：在范围内，任选一点，计算:方法二：取频率为特定值，则方法三：取为特殊值0，则有，即4）每两个相邻交接频率之间为直线，在每个交接频率点处，斜率发生变化，变化规律取决于该交接频率对应的典型环节的种类，如下表所示。3、熟练运用频率域稳定判据；奈氏判据：反馈控制系统稳定的充分必要条件是闭合曲线包围临界点点的圈数R等于开环传递函数的正实部极点数P。4、掌握稳定裕度的概念；相角裕度：系统开环频率特性上幅值为1时所对应的角频率称为幅值穿越频率或截止频率，记为，即定义相位裕度为/Kmin000()20lg20lgaLK01(1)20lgaLK0()aL0/1vK10KGH(1,0)j2ZPRPN1)()()(cccjHjGAc)()(1800ccjHjG:G(s)1.1)s(TsK解图。试绘制其例Nyquist0)V(lim)U(lim)][G(jIm)V(-)]Re[G(j)U(j-)G(j-180)G(j0|)G(j|-90)G(j|)G(j|0-90)G(j|)G(j|)G(j00)T(1