[工学]第二章自动控制系统基本知识.pptVIP

课程介绍 本课程主要是介绍机电控制系统的分析方法、机电控制系统中的常用传感器及其应用方法、电路设计及微机测试系统构成、液压伺服系统的构成与设计可编程逻辑控制器系统的设计方法及机电控制系统中的Matlab分析与仿真的方法。是机械设计、测控及机电一体化专业的一门专业课，通过本课程的学习，使学生掌握机电控制系统理论中基本的内容，为进一步学习有关专业知识及进行工程实践打好必要的基础。 课程结构 教学安排 教材: 《机电控制系统分析与设计》，高春甫主编，科学出版社 主要讲授内容: 第2章，第4章，第5章，第6章 第3章重点讲授位移传感器和温度传感器 考核 笔试（开卷、闭卷）—80％ 平时成绩—20％（点名、作业和实验报 告） 考试题目形式—填空、简答、综合题和设计题 考前答疑—授课教师轮流答疑 2.5.3 几个典型环节的传递函数 2.5.4 环节的连接和方块图的变换 2.6 自动控制系统的时域分析 自动控制系统分析的目的在于根据系统的数学模型，应用数学方法，对系统的质量特性指标进行研究和评价，以便确定自控系统调节质量的高低。通常自控系统分析的方法有两种， 一种是根据系统数学模型或传递函数，求出系统输出量的动态特性，获取系统性能指标的数值与特征，这种方法称为时域分析法。该方法直观，但对于复杂系统的运动方程求解很困难。 另外一种方法，即复域分析法。（根轨迹法和频率特性法） 劳斯判据 设系统的特征方程为 式中首项系数 。 系统稳定的必要条件：特征方程的各项系数必须大于零 。 一个系统稳定性的充分必要条件是，系统闭环特征方程的各阶古尔维茨行列式全部为正。（即古尔维茨判据）。 ①列写劳斯判据行列表 劳斯判据 ②根据劳斯行列表判断系统的稳定 劳斯判据的两种特殊情况 A.如果行列表中，任一行中左边第一列的数为零，而该行的其余数至少有一个数不为零，则可以用任意小的正数ε代替该行第一列的零，继续计算行列表，然后取ε→0的极限，最后按上述规则判别。 B.如果行列表中出现了全零行，则可用全零的上一行各数构成一个辅助多项式，再用辅助多项式的一阶导数式的系数来代替行列表中的全零行，然后继续计算。对于该种情况，表明特征方程在复平面存在对称原点的根，此根可由辅助多项式等于零的方程解出。 例2－16 已知单位反馈系统的开环传递函数为 2.6.3 自动控制系统的过渡过程 1.过渡过程的概念 过渡过程就是当系统的输入信号发生变化时，系统的输出信号从一个稳定状态向另一个稳定状态变化的过程。系统的过渡过程一般取决于三方面的因素，一个是系统的结构系数；另一个是系统的输入信号的形式；第三是系统的初始条件。 K、T、 这三个参数对于y(t)的影响是不同的，如果以t为横坐标画出y(t)的变化曲线，那么放大系数K只影响纵坐标y(t)的比例尺，时间常数T只影响横坐标的比例尺，而且T越大，则过渡过程进行得越慢。决定y(t)曲线形状的只是阻尼比 ，而与K和T的大小无关。 2.6.4 控制系统的稳态误差 稳态误差（也称静态误差或余差）反映动态过程在时间趋于无穷大时，系统到达稳态时的误差， 1.扰动误差 在恒值系统中，给定信号X(S)=0，则系统输出信号Y(S)为纯属扰动对输出的影响。 2.给定误差 给定值变化所引起的跟随不好的静差，主要用于随动系统。 2.7 自动控制系统的频域分析 相位余量对数坐标图 （2）并联 环节的并联如图所示。 总传递函数为 当环节并联时，总传递函数等于各并联环节传递 函数之和（或差）。 （3）反馈联接 如图是反馈联接，其中“＋”（“－”）分别表示 正反馈和负反馈。 总传递函数为 （正向回路） （反馈回路） 而 则 式中，“－”对应于正反馈，“＋”对应于负反馈。 ★ 2.5.5 控制器的控制规律及响应特性 1.比例控制规律（P）: 2.比例积分控制规律（PI）: 3.比例微分控制规律（PD）: 4.比例积分微分控制规律（PID）: 2.6.1 控制系统的控制质量指标 2.6.2 自动控制系统的稳定性 2.6.3 自动控制系统的过渡过程 2.6.4 控制系统的稳态误差 2.6.1 控制系统的控制质量指标 Ψ——衰减率 C——余差 ts ——过渡过程时间 A——最大偏差 2.6.2 自动控制系统的稳定性 α＝0 5 α＞0 4 α＜0 一对复根 S=α±jω 3 α＞0 2 α＜0 实根 S=α 1 自 然 运 动 分 量 根 在 复 数 平 面 上 的 位 置 根 的 性 质 情况 系统自然运动分量与特征方程的根的关系