自动控制原理-2.ppt

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1、思考1、依据开环控制与闭环控制的概念，试分别例举生活中开环控制与闭环控制的应用实例（至少各2个，并给出简单说明）2、试分别例举生活中恒值系统、随动系统、程序控制系统的应用实例（至少各2个，多多益善）3、习题1-2仓库大门自动控制系统原理示意图如图所示，试画出系统的方块图。关于思考(续)由系统工作原理图，画出系统方块图的方法：①读工作原理图，找出被控对象、被控量、给定量；②从两头开始，先画出给定量、被控对象和被控量；③依原理图补上中间部分习题1-7判断下列系统是否是线性系统？定常系统？复习基本概念---自动控

2、制组成控制系统的任务控制方式自动控制系统的分类要求典型外作用信号给定量被控量反馈量偏差量干扰量Control=Feedback=Sensing+Computation+Actuation=传感测量+计算(偏差)+执行(控制)本节内容概要概念连续线性定常系统的时域数学模型及其求解下一节内容概要典型环节结构图与信号流图第二章控制系统的数学模型数学模型——描述系统动态行为特性的数学表达式是实际物理系统的一种数学抽象从实际系统中抽象出系统数学模型的过程——数学建模方法--分析法--实验法分析系统的运动机理按照它们遵

3、循的规律列出数学表达式对系统施加某种测试信号，记录其输出响应用适当的数学模型去逼近系统=系统辩识准确简单原则2-1傅里叶变换与拉普拉斯变换傅里叶级数傅里叶变换拉普拉斯变换条件2-2控制系统的时域数学模型系统模型图模型：结构图信号流图数学模型：方程传递函数频率特性一、微分方程的建立电气系统机械系统弹簧质量阻尼器机械位移系统完全不同物理性质的系统，其数学模型可能相同！—相似系统不记重力影响提供运动阻力耗减运动能量输入输出线性定常系统举例：二、线性定常微分方程的求解在给定输入和初始条件下，解微分方程可以得到系统的

4、输出响应，包括两部分：系统响应=零输入响应+零状态响应P40例2-12三、非线性微分方程的线性化严格讲，任何实际系统都存在不同程度的非线性。对于非本质非线性数学模型,可采用小范围线性化方法工程上，将非线性微分方程在一定条件下转化为线性微分方程的方法——非线性微分方程的线性化与系统期望工作状态相对应的点,称为预期的工作/平衡点设一非线性数学模型如图工作点线性化方法连续变化的非线性特性函数切线法/小偏差法切线法/小偏差法一非线性数学模型几何意义：工作点附近，切线≈曲线基本思想：一阶近似适用于工作点范围不大的情况

5、数学知识：泰勒级数展式2个自变量-自阅工作点设函数y=f(x)在工作点A点连续可微,则可将f(x)在（x0，y0）点附近展成泰勒级数,当增量△x很小时，略去泰勒级数展式的高次项，则得y=f(x)在A点附近的线性化方程说明1．线性化方程的参量与工作点有关，工作点不同，参量的数值亦不同2．使用条件：在工作点附近（1）非线性函数连续可导数；（2）信号变化为微量3.线性化引起的误差大小与非线性程度工作点偏移的大小有关；4.线性化方法得到的微分方程是增量化方程。2-3控制系统的复数域数学模型传递函数一、传递函数的定义

6、和性质1、定义：零初始条件下，线性定常系统输出与输入的拉普拉斯变换之比---G(s)两方面含义---t<02、性质相通性：传递函数————微分方程固有性：传递函数是系统本身固有特性的表征局限性：传递函数仅适用于线性定常系统；只反映零初始条件下，一个输入量对一个输出量的函数关系对应性：传递函数G(s)LT单位脉冲响应g(t)同形性：G(s)描述了输出输入间的关系，却不提供任何该系统的物理结构（同一系统可以有不同的传递函数）有理性：传递函数为有理分式函数，一般m≤n一一对应单极点系统的特征方程特征根3、零极点图

7、与单位脉冲响应g(t)的关系零极点分布图：极点决定g(t)的变化形式/系统模态零点只影响g(t)的振幅与相位例2-1求传递函数1)系统如图（设运放为理想运算放大器）已知某二阶线性定常系统的初始条件：系统输入为时得到的输出响应求系统的传递函数。二、传递函数的3种表达形式1、一般形式2、零极点形式3、尾1形式K*：根轨迹增益i、Tj--时间常数K：(开环)增益多项式形式首1形式典型环节形式例2-3已知某线性定常系统在零初始条件下的阶跃响应为：试求：（1）系统的传递函数；（2）系统的开环增益；（3）画出系统的零

8、极点图；（4）确定系统的特征根及相应的模态；（5）求系统的单位脉冲响应g(t)；（6）求系统微分方程；（7）当c(0)=-1,c’(0)=0;r(t)=1(t)时，求系统的全响应。K=1