自动控制原理1-7章学习指导、典型题解

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1、第一章：自动控制的一般概念1・1学习指导1.1.1、课程内容（1）自动控制理论发展概况；（2）自动控制的基木概念与方式；（3）自动控制系统分类；（4）对自动控制系统的基本要求；（5）自动控制系统组成和方框图。本章是本课程的入门章节，通过学习应理解自动控制的基本概念和分类，控制系统组成和方框图，会根据实际控制系统绘制系统方框图。1.1.2内容概述1、自动控制的基本概念自动控制：在没人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律或数值运行。自动控制系统：能够对被控对象的工作状态进行自动控制系统。一般由控制器（含测量元件）和控制对象组成。2、两种基本

2、控制方式1）开环控制方式控制装置与被控对象之间只有顺向作用没有反向联系。2）闭环控制方式：把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，形成闭环，参与控制。3、闭环系统的基本组成（1）给定元件设定被控量的给定值；（2）测量元件对系统被控量（输出置）进行测量；（3）比较元件对系统输出量与输入量进行代数运算并给出偏差信号，起综合、比较变换作用。八（4）放大元件对微弱的偏差信号进行放大，使其有足够的幅但与功率5）执行元件根据放大后的偏差信号，对被控对象执行控制任务，使输出量与希望值起子一致。（6）被控对象指自动控制系统需要进行控制的机器、设备或生产过程。被控对象要求实现自动

3、控制的物理量称为被控量或输出量。（7）校正元件用以改善系统性能4、自动控制系统的分类1）按系统性能分类：（1）线性系统：满足叠加性和齐次性。（2）非线性系统：不满足叠加性和齐次性。2）按信号类型分类：（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为吋间t的连续函数。（2）离散系统：系统屮某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。3）按给定信号分类（1）恒值控制系统给定值不变，要求系统输岀量以一定的精度接近给定希望值的系统。（2）随动控制系统给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。（3）程序控制系统给定值按一定时间函数变化。5、对控制系统的

4、基本要求稳定性若系统有扰动或给定输入作用发生变化，系统的输出量产生的过渡过程随时间增长面衰减,而回到（或接近）原来的稳定值，或跟踪变化了的输入信号•则称系统稳定。这是对反馈控制系统提出的最基木要求。快速性系统从一个稳定状态过渡到另一个新的稳定状态，都需要经历一个过渡过程，快速性对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。准确性用稳态误差来表示。在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出z差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。第二章控制系统的数学模型2.1学习指导2.1.1课程内容（1

5、）建立控制系统的微分方程；（2）传递函数的概念和求取；（3）结构图和信号流图的绘制；（4）由结构图等效变换求传递函数；（5）由梅森公式求传递函数。通过本章学习，能够用理论推导的方法建立电路系统及力学系统的数学模型—微分方程、传递函数，会典型元部件的传递函数的求取，结构图的绘制，由结构图等效变换求传递函数，由梅森公式求传递函数。2.1.2内容概述1・系统数学模型的概念描述系统各个物理量之间关系的数学表达式或图形称为系统的数学模型，建模方法通常有两种：机理分析法和实验辨识法2.时域数学模型一微分方程1）微分方程的建立方法与步骤：（1）根据实际情况，确定系统的输入、输

6、出变量。（2）从输入端开始，按信号传递遵循的有关规节列出元件微分方程。（3）消去中间变量，写岀输入、输岀变量的微分方程。（4）整理，输入量项二输出量项。2）线性系统微分方程的一般形式dndnda.c(t)+c(t)Han

7、——c(t)+0dtn1d严n~[dt7dmd〃'jd=bQ—r(r)+勺乔h&)+•••+bm_}-应)+bmr(Z)3）求解方法：拉氏变换法步骤：（1）考虑初始条件，对微分方程两端进行拉氏变换；（2）求出输出量的拉氏变换表达式；（3）求输出量的拉氏反变换，得到输出量的吋域解.解的组成由特解和通解组成。通解决定于方程的特征根，特解决定于输入量

8、.当有多个输入信号同时作用于同一线性系统时，可利用线性系统的叠加性和均匀性，针对单个信号分别求解，最后把结果进行叠加。4）非线性系统的线性化利用小偏差线性化的数学处理：静态工作点附近的泰勒（Taylor）级数展开_“、（df（x）（、1（d2f（x）｝（二y=/0o）+~7~（x-x0）+——-^―（无一兀0）+…I舐丿心2.（dx丿旳1）忽略二阶以上各项，得到线性化方程，用来代替原来的非线性函数。3.复域数学模型1）定义及性质线性系统在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比。具有如下性质：(1)传递函数是关于S的有理真分式m^n,H所有系数

9、均为实数。(2)传递函数