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自动控制理论总复习中南大学信息科学与工程学院
自动控制理论总复习
袁艳
中南大学信息科学与工程学院
2004年12月
自动控制理论总复习中南大学信息科学与工程学院
两大基本内容
•系统分析
已知系统结构、参数,对系统进行分析(时域分析法;
复域:根轨迹法;频域:频率特性分析与应用)
‹ 稳定性;
‹ 稳态性能;
‹ 动态性能。
•系统设计
已知系统性能要求,求系统结构、参数
‹ 系统性能改善(稳态、动态);
‹ 系统校正。
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第一章绪论
1、基本术语
自动控制,被控对象、系统、被控量(输出
量)、控制量、给定值(参考输入)、输入量、
扰动量、反馈、反馈控制、前向通道、反馈通道、
误差
2、反馈控制原理
3、三种基本的控制方式及特点
开环控制(顺馈,按给定、按扰动)、闭环控
制(反馈)及复合控制
4、反馈控制系统的构成
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⎧被控对象
⎪
⎪⎧给定元件
⎪⎪
⎪测量元件
⎪
自动控制系统⎨⎪比较元件
控制装置(控制器)⎨
⎪放大元件
⎪⎪
⎪⎪执行元件
⎪⎪
⎩⎪⎩⎪校正元件
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5、控制系统的分类
¾ 给定值变化规律:恒值系统,随动系统,程序
控制系统
¾ 信号:连续系统,离散系统
¾ 系统数学模型:线性系统,非线性系统
6、对自动控制系统的基本要求
稳定性(系统的工作基础)、动态性能(快速、
平稳)、静态性能(准确)、*鲁棒性
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第二章控制系统的数学描述
1、数学描述(线性定常系统)及相互转化
⎧⎧常系数微分方程⎫
⎪⎪⎪⎧时域法
⎪⎪传递函数⎪⎪
⎪⎪分析法⎪根轨迹法
⎪连续⎨结构图(信号流图) ⎬⎯⎯→⎯⎨
⎪⎪⎪⎪频率法
⎪频率特性(Bode, Nyquist)
⎪⎪⎪⎪状态空间法
⎨⎪状态方程⎪⎩
⎪⎩⎭
⎪⎧差分方程
⎪
⎪分析法⎧Z变换法
⎪离散⎨离散状态方程⎯⎯→⎯⎨
⎪⎪⎩状态空间法
⎪⎩⎩脉冲传递函数
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非线性系统
⎧非本质⎯分析法⎯→⎯线性化法
⎪
描述⎧非线性微分方程分类⎪⎧描述函数法
⎯⎯→⎯⎨⎯⎯→⎯⎨分析法⎪
⎩状态方程⎪本质⎯⎯→⎯⎨相平面法
⎪⎪
⎩⎩状态空间法
⎧机理建模法:分析法
建模方法⎨
⎩系统辨识法:实验法
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2、列写动态微分方程的一般步骤
⎧⎧原始方程组
⎪⎪
⎪⎪线性化
直接列写法⎨
⎪消中间变量
⎪⎪
⎪
⎪⎩化标准形
⎪
⎧ C(s) M (s) M (s)
⎪由传递函数= → C(s) = R(s)
⎪⎪ R(s) N(s) N(s)
基本方法⎨⎪
-1
⎪⎪→ N(s)C(s) = M(s)R(s) ⎯⎯→L N( p)c(t) = M ( p)r(t)
⎪⎪
⎪ d
⎪转换法 p=
⎨⎯⎯→⎯dt 微分方程
⎪⎪
⎪⎪由结构图→传递函数→微分方程
⎪
⎪由信号流图传递函数微分方程
⎪⎪→→
⎪
⎩⎩⎪由状态空间描述→传递函数→微分方程
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⎧⎧零状态解
⎪方程求解→拉氏变换求解微分方程⎨
⎪⎩零输入解
应用⎨
⎧电枢控制直流电动机
⎪常用重要例题建模
⎪⎨
⎩⎩火炮随动系统
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3、微偏线性化方法
¾ 光滑曲线、工作点、Taylor级数
¾ 实质:工作点附近邻域切线代替曲线
4、状态空间与状态方程
¾ 基本术语:状态、状态变量、状态向量、状态
空间
¾ 线性定常系统状态方程:
:状态阵; :控制阵⎧x& = Ax + Bu
A B ⎨
C:输出阵;D:耦合阵⎩y = Cx + Du
¾ *微分方程转化为状态空间方程