2015考研自动控制考研笔记(上）

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1、1第一章自动控制系统概念第一节一些重要的概念与名词自动控制在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。自动控制系统由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。被控制量在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。控制量作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。扰动量干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。反馈通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。反送到输入端的信号称为反馈信号。负反馈反馈信号与

2、输人信号相减，其差为偏差信号。负反馈控制原理检测偏差用以消除偏差。将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。开环控制系统系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。(l)无扰动补偿开环控制原理方框图如图1．1(a)所示。信号由控制信号到被控制信号单向传递，对扰动引起的误差无补偿作用。这种方式结构简单，适用于结构参数稳定、扰动信

3、号较弱的场合。(2)有扰动补偿开环控制如图1．1(b)所示。利用对扰动信号的测量，补偿扰动对被控制量的影响。由于扰动信号经测量装置、控制器至被控对象是单向传递的．所以属于开环控制。对于不可测扰动及各元件内部参数变化给被控制量造成的影响，系统无抑制作用。闭环控制系统凡是系统输出端与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统，叫作闭环控制系统。自动控制原理课程中所讨论的主要是闭环负反馈控制系统。复合控制系统复合控制系统是一种将开环控制和闭环控制结合在一起的控制系统。它在闭环控制的基础上，

4、用开环方式提供一个控制输入信号或扰动输入信号的顺馈通道，用以提高系统的精度。2第二节自动控制系统组成闭环负反馈控制系统的典型结构如图1．2所示。组成一个自动控制系统通常包括以下基本元件1．给定元件给出与被控制量希望位相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲要与主反馈信号的量纲相同。给定元件通常不在闭环回路中。2．测量元件测量元件也叫传感器，用于测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的信号被控制量成比例或与其导数成比例的信号。测量元件的精度直接影响控制系统的精度应使测量元件的精

5、度高于系统的精度，还要有足够宽的频带。3．比较无件用于比较控制量和反馈量并产生偏差信号。电桥、运算放大器可作为电信号的比较元件。有些比较元件与测量元件是结合在一起的，如测角位移的旋转变压器和自整角机等。4．放大元件对信号进行幅值或功率的放大，以及信号形式的变换．如交流变直流的相敏整流或直流变交流的相敏调制。5．执行元件用于操纵被控对象，如机械位移系统中的电动机、液压伺服马达、温度控制系统中的加热装置。执行元件的选择应具有足够大的功率和足够宽的频带。6．校正元件用于改善系统的动态和稳态性能。根据被

6、控对象特点和性能指标的要求而设计。校正元件串联在由偏差信号到被控制信号间的前向通道中的称为串联校正；校正元件在反馈回路中的称为反馈校正。7．被控对象控制系统所要控制的对象，例如水箱水位控制系统中的水箱、房间温度控制系统中的房间、火炮随动系统中的火炮、电动机转速控制系统中电机所带的负载等。设计控制系统时，认为被控对象是不可改变的，它的输出即为控制系统的被控制量。8．能源元件为控制系统提供能源的元件，在方框图中通常不画出。3第三节对控制系统的基本要求1．稳定性稳定性是系统正常工作的必要条件。2．准确

7、性要求过渡过程结束后，系统的稳态精度比较高，稳态误差比较小．或者对某种典型输入信号的稳态误差为零。3．快速性系统的响应速度快、过渡过程时间短、超调量小。系统的稳定性足够好、频带足够宽，才可能实现快速性的要求。第二章控制系统的数学模型第一节控制系统的时域数学模型一、时域1微分方程－输入量和状态变量都是连续的。集总参数偏微分方程，分布参数2差分方程－离散系统二、复域1传递函数2结构图－信号流图三、频率－频率特性，波特图连续系统－微分方程1线性微分方程线性系统时2常系数线性微分方程线性定常系统线性时变

8、系统3偏微分方程－分布参数系统域4非线性微分方程离散系统－差分方程2.1控制系统的时域数学模型2.1.1线性元件的微分方程例2-1图2-1为由一RC组成的四端无源网络。试列写以U1（t）为输入量，U2(t)为输出量的网络微分方程。R1R2解：设回路电流i1、i2根据克希霍夫定律，列写U1C1C2U2方程图2-1RC组成的四端网络4U=Ri+U111c1①1U=(i−i)dtc1∫12C1②U=Ri+Uc122c2③1U=idtc2∫2C2④U=U2c2⑤由④、⑤得dUdUc22i=C=C222d