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1、第三章控制技术基础3.1控制系统概要3.1.1控制系统基本概念㈠控制的定义：为了达到某种目的，向对象施加必要的操作的过程。前提：①对象中有能观察的物理量；②为了控制而发出命令。将命令变换成操作的装置叫“控制装置”；被控制的对象叫“控制对象”。㈡反馈控制系统的基本组成：将系统组成要素按因—果(输入—输出)关系所组合成的简图叫“框图”；系统有以下特征：①有封闭环存在；②封闭环的存在是为了将控制量与目标值比较；③这种反馈在偏差增加时，由于闭环一周的原因，会产生使偏差减小的效果，把这样的反馈叫“负反馈”。为了满足控制要求，系统可由几个这样的装置构成。㈢常用术语3.1.2控制系统的分类根据有无反馈
2、：开环、闭环控制根据操作量不同：开关、连续控制根据信号处理方法：模拟、数字控制根据目标值是否随时间而变：定值、追随控制根据是否需要外力：自力、他力控制根据动作时间性：顺序、程序控制根据使用场合：伺服机构、过程控制、自动调节㈠开环和闭环控制无反馈的系统为开环控制,易受外界的干扰,排除方法有:⑴“预测控制”或“干扰补偿法”;⑵反馈控制。闭环控制:将控制量与目标值比较来修正动作的方法.不管何处何种干扰,着眼于目标值与控制量间偏差的表现结果,能提高定量控制质量,应用广泛.㈡开关控制和连续控制操作量能连续变化的控制系统为连续控制;反之,为开关控制.连续控制方法:⑴PID;⑵微分先行PID;⑶线性P
3、ID;⑷非线性PID.开关控制的操作量瞬时值不能连续变化,但在时间上的平均值能连续变化,控制方法有:⑴频率调制;⑵脉宽调制;⑶混合调制.从原理上看,连续控制精度高,开关控制精度低,但开关控制的结构简单、效率高、可靠性好，在汽车电控系统中应用较多。㈢模拟控制和数字控制模拟控制：输入输出处理和控制演算都是使用模拟量的控制。数字控制：输入输出处理和控制运算都是使用经采样而来的数字量的控制。数字控制使用采样值控制理论，在采样频率高的前提下，也可运用连续控制理论。虽然数字信号不完全连续，但在处理、存储、显示输出等方面具有独到的优势，特别是在微机技术高度发达的今天，用微机可组成各种精度高、控制灵活、
4、调整方便、可靠性好的控制系统。⑴模拟比较型:用A/D、D/A和微机代替模拟控制器,它将控制偏差进行A/D转换,经处理后生成操作量(数字量),再经D/A转换成模拟量驱动执行元件.⑵数字比较型:它将反馈量直接进行A/D转换,在计算机内部与目标值(数字量)进行比较,能有效利用计算机资源,可同时处理多个信号、方便地组成复合控制系统。3.2动系统的描述方法之一传递函数法3.2.1信号的传递和传递函数信号依次通过控制系统各组成单元时,会发生怎样的变化,取决于组成单元的特性,对于线性系统可用传递函数来表达其传递特性.⑴分量函数和常系数线性元素的响应把在时间τ初始值全为零线性元素对单位脉冲函数δ(t-τ
5、)的响应叫“单位脉冲响应”或“分量函数”用g(t,τ)表示.若是常系数线性元素(特性不随时间而变),则g(t,τ)就成了g(t-τ),这时一般用τ=0的g(t)形式表示.在分量函数g(t)的常系数线性元素中加上输入信号e(t),其响应为c(t).当t<τ时:在t<0,e(t)=0:或:⑵传递函数对上式进行拉氏变换有:C(s)=G(s)E(s)其中,C(s)=£[c(t)];G(s)=£[g(t)];E(s)=£[e(t)];s:拉氏变量.把G(s)叫做“传递函数”,定义如下:3.2.2瞬态响应⑴瞬态响应和传递函数:在元素或系统中加上不连续的输入信号时的响应叫“瞬态响应”,对拉氏输出信号进
6、行拉氏逆变换就可得到一般的瞬态响应:c(t)=£-1[G(s),E(s)]=Cs(t)+Ct(t)式中Cs(t)是常数项,它与输入信号E(s)的极有关的成分;Ct(t)是与输入信号E(s)的极有关的瞬态项.输入信号若是脉冲信号时叫脉冲响应;如是阶跃信号时则叫.⑵阶跃响应:对知道元素的信号传递特性有效,特选择单位阶跃信号u(t):有:E(s)=1/s从而阶跃响应c(t)用下式表示:c(t)=£-1[G(s)/s]3.2.3频率响应⑴频率响应与传递函数:在传递函数G(s)的元素中输入正弦信号e(t)=Esinω0tu(t),其输出信号c(t)为:c(t)=£-1{G(s)£[s]}=£-1[
7、G(s)Eω0/(s²+ω0²)=£-1{G(s)Eω0/[(s-jω0)(s+jω0)]}经过充分长一段时间后,过渡项衰减为零,只剩常数项,从而有关两个极jω0,-jω0的响应成分:cs(t)=£-1[G(jω0)Eejωot-G(-jω0)Ee-jωot]/2j得：cs(t)=
8、G(jω0)
9、Esin[ω0t+∠G(jω0)]将其与输入信号比较可见：
10、G(jω0)
11、=(正弦输出的幅值)/(正弦输入的幅值)∠G(jω0)=(正弦输
