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东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control Course 自动控制原理东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control Review 系统分析题: 人在篮球场某个位置定点投篮。 ? 是自动控制系统? 2. 画系统原理框图 3. 是开环还是闭环系统? 问答题:控制系统的 5种分类? 东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control Review 4. 怎样的投篮是闭环控制系统? 运行上篮?蒙眼上篮动作? 东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control Chap 2 控制系统的输入-输出模型 引言从系统学的角度看,自动控制系统是信号传递和转换的过程。数学模型(Mathematical Model): 用来描述系统中各种信号(或变量)的传递和转换关系的数学表达式。 1. 建立数学模型的意义: (1) 使我们得以暂时离开系统的物理特性,在一般意义下研究控制系统的普遍规律。(2) 从定性的认识上升?数学定量的精确认识(严谨的分析) 。东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control 引言 (1) 按系统运动特性分为: 动态数学模型:描述系统动态过程(未至平衡状态前)规律的数学模型。静态数学模型:描述系统稳态过程(平衡状态)规律的数学模型。东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control (黑箱或灰箱建模) ---- 根据系统的输入/ 输出(Input/Output,I/O) 的实验测试数据,利用统计学的方法建立的数学模型。优点:避免机理建模的困难,能以一定的精确度描述原系统的变化情况,适合于系统控制与预测;通用性好缺点:模型中的参数没有明确的物理意义。机理建模/机理模型(白箱建模) ----- 根据系统本身的运动规律(物理、化学等)来建模。优点:方程式中每个系数都具有其明确的物理意义。缺点:一般系统的运动规律很复杂,常常是非线性的,简化会导致模型精度降低(参数物理意义变含糊); 通用性差(2) 按照建立数学模型的方法分为: 东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control (3) 按照描述数学模型的工具分为: 时域(Time Domain,TD) 模型----- 微分方程或差分方程描述的数学模型。优点:有效的数学分析工具多。性质: TD model ?? FD model 复域/频域(Frequency Domain, FD) 模型---- 利用拉氏或傅立叶变换对时域模型变换后得到的模型。优点:可从工程上测试得到东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control (4) 按照描述变量的不同分为: 输入输出 I/O 模型----- 描述系统输入量和输出量之间关系的数学模型。优点:模型简单,易于分析缺点:系统内部其它变量之间的关系和运动规律没有建模状态空间(State Space, SS) 模型---- 描述系统输入量、输出量和状态量之间关系的数学模型。优点:描述系统所有变化规律缺点:较复杂,矩阵分析理论等性质: I/O model ?一定条件下? SS model 东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control 引言 3. 建立数学模型的原则: ?兼顾模型的精确度(模型分析和设计的复杂度)和控制系统精度(与模型精确度密切相关),两者之间的折中。?在此基础上考虑模型的种类,即建立何种模型? 常用手段:一定范围和前提条件下进行理想化的假设。例如电子放大器可看成理想的线性放大环节,忽略掉它的非线性成份。(电子放大器的工作范围不超出其线性区) 通信卫星(轨道控制)可以看成一个质点来建模,而不考虑其形状和质量分布。在卫星的姿态控制中则不行! 要考虑其天线和太阳能帆板的柔性体特性。非线性,时变,分布参数?线性,定常,集中参数东南大学自动控制系 Southeast University, Dept. of Automatic Control 引言 4. 时域模型的