自控原理总复习2013

1.自动控制的概念2.控制系统的组成：能对照控制系统实例说明其组成[被控对象、控制装置（测量元件、比较元件、执行元件、给定元件、放大元件、校正元件）]。3.三种控制方式：能对照控制系统实例说明其控制方式（开环、闭环、复合）4.控制系统中传递的信号：能说明控制系统实例中对应的信号（输入信号、扰动信号、输出信号、反馈信号、偏差信号、误差信号）5.负反馈控制的工作原理第一章在没人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器）使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（称被控量）自动地按预定规律运行。自动控制按给定值操纵的开环控制按干扰补偿的开环控制闭环控制复合控制反馈：输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程。正反馈不能进行控制，会使系统的偏差越来越大。只有负反馈控制系统才能完成自动控制的任务。负反馈控制系统最大的特点：检测偏差，纠正偏差——按偏差控制第二章1.线性微分方程的建立（略）2.小偏差线性化方法（略）3.传递函数：理解定义，会求给定系统对应的传递函数（框图化简、梅森公式）4.典型系统的典型传递函数。传递函数线性定常系统在输入、输出初始条件均为零的条件下，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。(一)方框合并)(sR)(1sG)(2sG)(sU)(sC)()(21sGsG)(sR)(sC（1）串联等效（2）并联等效)(1sC)(1sG)(2sG)(sR)(2sC)(sC)()(21sGsG)(sR)(sC（3）反馈等效)(sH)(sG)(sR)(sB)(sE)(sC)()(1)(sHsGsG)(sR)(sC(二)信号引出点或综合点的移动G(s)R1(s)BAC(s)R2(s)-G(s)1/G(s)R1(s)R2(s)B-C(s)(a)(b)G(s)AR1(s)R2(s)-C(s)BG(s)G(s)R1(s)R2(s)BC(s)-(a)(b)R2(s)R1(s)R2(s)R3(s)--E1C(s)R1(s)R3(s)R1(s)R3(s)R2(s)----C(s)C(s)(a)(b)(c)(1)综合点的移动规则(2)分支点的移动规则G(s)R(s)ABC1(s)C2(s)G(s)1/G(s)BR(s)C1(s)C2(s)G(s)R(s)ABC1(s)C2(s)G(s)G(s)AR(s)C1(s)C2(s)ABR(s)BAR(s)Ur(s)Uc(s)sc11R11sc21R21错啦！你把综合点与引出点互换位置了Uc(s)Ur(s)sc11R11sc21R21sc11Ur(s)Uc(s)sc11R11sc21R211R2sc正确的等效变换：向同类移动！！1、求控制系统结构图的传递函数。）（）（和SDSCSRSCDR)()(G1(S)G2(S)G3(S)G4(S)R(S)D(S)C(S)H1(S)H2(S)1143211GGGGP解(1)前向通路有1个:3个单独回路:322GGL2433HGGL1211HGGL31LL与互不接触回路24312113HGGHGGL243121243321211HGGHGGHGGGGHGGnkkkRPSRSCP11)()(2431212433212143211HGGHGGHGGGGHGGGGGG12114311HGGGGP(2)前向通路有1个:3个单独回路:322GGL2433HGGL1211HGGL31LL与互不接触回路24312113HGGHGGL243121243321211HGGHGGHGGGGHGG243121243321211214311HGGHGGHGGGGHGGHGGGGnkkkDPSDSCP11)()(G1(S)G2(S)G3(S)G4(S)R(S)D(S)C(S)H1(S)H2(S)R(s)A-BC(s)1G2G3G4G1H2H-C解：有2个前向通路3211321GGGP41241GGP1211121HGGLH有5个单独回路2322232HGGLH3213321GGGL24424HGLH41541GGL2、求如图所示系统的传递函数C(s)/R(s)R(s)A-BC(s)1G2G3G4G1H2H-C4124321232121413211GGHGGGGHGGHGGGGGGG)(1)()()(5432122112211LLLLLPPPPSPSRSC113211GGGP12412GGP第三章1.阶跃响应性能指标的定义2.一阶系统、二阶系统（欠阻尼）性能分析及计算3.系统稳定的数学条件，判断系统的稳定性（劳斯判据）4.稳态误差的计算（终值定理、静态误差系数法）（2）系统的超调量1、设控制系统结构如图所示,试求：R(S)C(S)10)1(10SSS5.0%%)5(st（1）闭环传递函数（3）系统的调节时间2nn22n2222s2s10s103.02s10100s6s100)s(G1)s(G)s(解(1)闭环传递函数s6s100s5.0)1s(s101)1s(s1010)s(G2（2）系统的超调量%%)5(st（3）系统的调节时间%36%100%100%223.013.01ee05.02.13.0105.35.3，stns2、设单位负反馈二阶系统的单位阶跃响应曲线如图所示，试确定此系统的开环传递函数和闭环传递函数。t秒y(t)450.40解:%25%100%21e4040370..25.0%25%100445%2222nnnssK4Ks1s2sKss1)s(slim)t(clim)(cn2n2n20st7.7387.68.294585.8585.84.02585.84)(2222sssss闭环传递函数:SradStnnp/585.8)(4.012由图可知：tp=0.4秒t秒y(t)450.40系统稳定的充分必要条件是：系统的特征方程的所有根都具有负实部，或者说都位于S平面的虚轴之左。3、已知某调速系统的特征方程式为0)1(16705175.4123KSSS求该系统稳定的K值范围。解：列劳斯表)1(167005.41)1(16705175.410)1(16705.41051710123KSKSKSS由劳斯判据可知，若系统稳定，则劳斯表中第一列的系数必须全为正值。因此可得：0)1(16700)1(2.40517KK9.111K0K11.94、设单位负反馈系统的开环传递函数为若要求闭环特征方程的实部均小于1，K值应取什么范围？)6)(3()(SSSKSGKSSSKSGSGsRsCs189)(1)()()()(23解:，代入特征方程取特征方程式：10189123SSKSSS011819112131KSSS新的特征方程式：0103612131KSSS6310123K10K10S1S1S1S1列劳斯表：3)10(18K10,01028,03283)10(18KKKKK2810K0103612131KSSS210+SSS)1(10+E(S)22)(SSR=)(SCssre)1s21(s)1s(50)2s(s)1s(1002s10s)1s(10)s(G)s(G)s(G21解:系统的输入稳态误差100S102S)1S(100)s(G1)s(G)s(2二阶系统，系数均0，该系统稳定5、设控制系统方如图所示，试求：系统的输入稳态误差ssr11e220.04K5004.0)s(R)s(G11slim)s(sElim)t(elime0s0stssrI型系统，斜坡输入第四章1.根轨迹概念（理解）2.根轨迹方程3.开环增益和根轨迹增益的关系4.常规根轨迹的绘制法则5.参量根轨迹（求等效传递函数）6.零度根轨迹（和常规根轨迹的区别）7.主导极点和偶极子（理解）根轨迹根轨迹是指系统开环传递函数中某个参数（如开环增益K）从零变到无穷时，闭环特征根在s平面上移动的轨迹。*11()()()1()miiniiszGsHsKsp（4－13）相角方程（4－15）11()()(21)0,1,2,mniiiiszspkk*11||1||miiniiKszsp模值方程（4－14）绘制根轨迹图的十条规则序内容规则1根轨迹的分支数＝系统的阶数n＝开环传递函数的极点数(nm）2连续性对称性根轨迹是连续变化的曲线或直线，且对称于实轴3起点终点和终点起始于开环极点，终止于开环零点(包括m个有限零点和n-m个无穷远零点)4实轴上根轨迹实轴根轨迹区段其右方实数极点个数、实数零点个数总和应为奇数5渐近线有n-m条根轨迹分支沿着与正实轴夾角,截距为σa的一组渐近线趋于无穷远处,渐近线相交于实轴上的同一点：坐标为：倾角为：1)mn,0,1,2,(kmn1)π(2kamnzpσn1im1jjiaa序内容规则6起始角终止角极点处的起始角：零点处的终止角：7分离点分离点(会合点)坐标d的计算公式：8分离角会合点分离角与会合角：9与虚轴交点（1）满足特征方程的值和Kg值；（2）由劳斯阵列求得（及Kg值）；10闭环极点的和与积根轨迹走向：一些轨迹向右，则另一些将向左0)()(1jHjGconstan1iin1iips1-:时当2mn根之积：根之和：nijjppmjpzpijijik11)12(njzpmijjzzzijijik11)12(nimjjizdpd1111mjnliijdsdzdkl11)]()()12[(1ninliiidsdpdkl11)]()()12[(11n1jjasnn1iinas1)()4)(2()(*SSSKsG1、设单位负反馈控制系统开环传递函数：试绘制控制系统根轨迹图。解：1：根轨迹的分支数n＝3根轨迹起始于开环极点0，－2，－4，终止无穷远开环零点2:实轴上的根轨迹线段是[－2，0]，（，－4]。4：根轨迹的分离点：,85.03322332204121112,1SSddd舍去332235,33,331223420kaa实轴交点与实轴夹角3：根轨迹的渐近线：共有3－0＝3条渐近线5：与虚轴交点（方法1）：08060)8()6(0)(8)(6)(2*22**23KjKKjjj22代入实部，实部虚部方法2劳斯表：S318S26S10S068*K时，S1行全为0辅助方程：6S2＋48＝02222js48*临K*K*K48*Kj0-2-4第五章1.频率特性的定义（理解），几种表示方法（会表示）2.典型环节的幅相特性和对数频率特性（放到系统中会分析）3.系统开环幅相曲线和对数幅频、相频曲线的绘制方法（给传递函数会画曲线，根据曲线会求传递函数）4.利用穿越次数计算N（分别在开环幅相曲线和对数幅频上），从而判断系统的稳定性。5.计算系统的稳定裕度•频率特性的定义线性定常系统，在正弦信号作用下，输出的稳态分量与输入的复数比，称为系统的频率特性（即为幅相频率特性，简称幅相特性）。记做)(jG•频率特性的几种表示方法（1）指数形式