自动控制系统的时域分析

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1、§3.7基本控制规律的分析常见控制规律理解不同类型控制器的作用控制系统被控对象控制器按偏差控制G0(s)R(s)C(s)－G1(s)E(s)B(s)M(s)基本控制规律比例（P）积分（I）微分（D）组合控制规律比例加微分（PD）比例加积分（PI）比例加积分加微分（PID）1.比例（P）控制若控制器的输出m(t)与误差e(t)成正比，则称这种控制器为比例控制器，简称P控制器。P控制器实质是一个具有可调放大系数的放大器G0(s)R(s)C(s)－KpE(s)B(s)M(s)P控制性能分析开环放大系数增大减小稳态误差，提高精度过大可导致系统不稳定需与其他控制律

2、结合使用比例加微分（PD）比例加积分（PI）必不可少否则将破坏按偏差控制的思想2.比例加微分(PD)控制若控制器的输出m(t)既与偏差信号e(t)成正比，又与偏差信号e(t)的一阶导数成正比，称这种控制器为比例加微分控制器，简称PD控制器。PD控制器G0(s)R(s)C(s)－E(s)B(s)M(s)PD控制的物理意义对偏差的变化敏感微分控制分量对的变化非常敏感PD控制的提前性（预见性）G0(s)R(s)C(s)－E(s)B(s)M(s)PD控制器的预见性M(t)的变化在时间上比e(t)超前了秒，及时采取措施，控制行动，从而起到“未雨绸缪”的效果G0(s

3、)R(s)C(s)－E(s)B(s)M(s)PD控制器的优点预见性（提前性）反映偏差信号的变换趋势（导数的符号和大小）在偏差信号尚未出现前，发出早期修正信号微分控制器的不足E(t)变化率等于零，或变化很缓慢时D控制器失效（不能单独用）微分控制会放大高频（干扰）信号若控制器的输出m(t)既与偏差信号e(t)成正比，又与偏差信号e(t)对时间的积分成正比，则称这种控制器为比例加积分控制器，简称为PI控制器。3.比例加积分(PI)控制PI控制器传递函数G0(s)R(s)C(s)－E(s)B(s)M(s)PI控制器控制性能分析引进一个积分环节提高系统的无差度，改

4、善稳态性能，但稳定性下降引进开环零点改善系统的稳定性PI控制可以在对稳定性影响不大的情况下，有效改善稳态性能积分控制的物理意义误差的累积基于累积的误差进行控制，迫使误差回复至零有效提高稳态性能4.比例加积分加微分(PID)控制若控制器的输出m(t)既与偏差信号e(t)成正比，又与偏差信号e(t)对时间的积分成正比，还与e(t)的一阶导数成正比，则称这种控制器为比例加积分加微分控制器，简称为PID控制器G0(s)R(s)C(s)－E(s)B(s)M(s)PID控制器引入了一个积分环节，增大无差度，提高了稳态性能与PI相比多引入一个负实零点，动态性能得到更大

5、提高PID控制器应用更广泛本章小结目的掌握控制系统的时域分析方法内容系统稳定性分析时域性能指标一阶、二阶系统分析稳态误差的计算时域分析是通过直接求解系统在典型输入信号作用下的时域响应来分析系统的性能时域分析研究内容动态特性超调量调节时间（峰值时间、上升时间）稳态特性稳态误差评价依据只有稳定系统，进行系统特性分析才有意义稳定性稳定是系统能正常工作的首要条件Routh代数稳定判据列劳斯表特征方程系数全大于零劳斯表第一列元素全大于零Routh判据只回答特征方程式的根在s平面上的分布情况，而不能确定根的具体数值动态特性一阶系统超调量为零调节时间二阶系统欠阻尼系统

6、高阶系统的动态特性高阶系统主导极点的定义根据主导极点的概念，可用主导极点所描述的低阶系统的动态特性近似稳态性能稳态误差是系统控制精度的度量，也是系统的一个重要性能指标输入引起的稳态误差扰动引起的稳态误差计算稳态误差思路：终值定理稳态性能与动态性能的关系系统的稳态精度与动态性能在对系统的类型和开环增益的要求是相矛盾的解决方法在系统中设置校正装置采用前馈补偿的方法部分知识点：时域分析的概念基本实验信号、系统响应及其相互关系二阶系统的其它响应控制系统的性能指标高阶系统分析、闭环主导极点一阶系统的阶跃响应、脉冲响应、斜坡响应二阶系统的结构、数学模型、阶跃响应二阶

7、欠阻尼系统的性能指标计算及响应特性的改善系统稳定的概念、线性定常系统的稳定性劳斯判据以及它们的应用稳态误差的概念、稳态误差三要素、稳态误差需求与系统稳定需求的矛盾性静态误差系数的求取扰动信号误差分析与补偿