导图社区 控制工程基础
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控制工程基础
概述
控制理论在工程的应用和发展
自动控制系统的基本概念
工作原理
开环控制和闭环控制
反馈系统的基本组成
给定元件
反馈元件
比较元件
放大元件
执行元件
控制对象
校正元件
控制系统的基本类型
连续和离散
线性和非线性
控制系统的基本要求
稳定性
快速性
准确性
控制理论在机械制造业中的应用
伺服系统
工业机器人
数控机床
自动导引车
课程要求
掌握机电反馈控制系统的基本概念，包括机电反馈控制系统的基本原理、机电反馈控制系统的基本组成、开环控制、闭环控制等
建立机电系统动力学模型
机电系统的时域分析
机电系统的频域分析
模拟机电控制系统的分析和设计总和方法
计算机控制系统的基本概念及分析综合方法
动态数学模型
微分方程表示的基本环节数学模型
质量弹簧阻尼系统
RLC电路网络
数学模型的线性化
泰勒展开
拉氏变换及反变换
定义
简单函数的拉氏变换
单位脉冲函数
单位阶跃函数
单位斜坡函数
单位加速度函数
正余弦函数
指数函数
拉氏变换的性质
叠加原理
微分定理
积分定理
衰减定理
延时定理
初值定理
终值定理
时间比例尺度改变
卷积定理
拉氏反变换
留数法
只含不同单极点的情况
含共轭复数极点的情况
含多重极点的情况
借助拉氏变换解常系数线性微分方程
传递函数以及典型环节的传递函数
传递函数
分子
有零点
分母
也称为特征多项式，有极点，决定着系统的动态特性
性质
只适用于线性定常系统
传递函数完全取决于系统的结构参数
零初始条件下定义的
反映单输入输出关系
典型环节
比例环节
输出量不失真、无惯性地跟随输入量，两者成比例关系
一阶惯性环节
时间常数表征环节的惯性
微分环节
理想
近似
积分环节
输出变化正比于输入的积分
二阶振荡环节
含有两个储能元件，相互转换
系统函数方块图及其简化图
方块图
基本单元
比较点
引出点
计算关系
串联
相乘
并联
相加
反馈
正反馈
分母相减
负反馈
分母相加
方块图变换
原则：输入输出保持不变
系统信号流图及梅逊公式
前向通道数
单回路数
互不相交回路数
实际物理系统的传递函数
等效弹性刚度
等效复阻抗
时域瞬态响应
时域响应以及典型的输入信号
时域响应
瞬态响应
稳态响应
典型环节
阶跃函数
斜坡函数
加速度函数
脉冲函数
正弦函数
一阶系统的瞬态响应
线性定常系统输入输出满足微分积分关系
单位阶跃响应
稳定、无振荡
时间常数
调整时间
单位斜坡函数
单位脉冲函数
二阶系统的瞬态响应
关键参数
角频率
无阻尼自振角频率（固有频率）
阻尼自振角频率（实际的振荡频率）
阻尼比
单位阶跃响应
欠阻尼
有虚部，在二象限
振荡，阻尼越小振荡越大
临界阻尼
无虚部，在负实轴
无振荡
过阻尼
有虚部，在三象限
不震荡，过渡时间比较长
零阻尼
在原点
无阻尼等副振荡
负阻尼
阶跃响应发散、不稳定
单位脉冲响应
以阻尼自振角频率规律变化
单位斜坡响应
时域分析性能指标
上升时间
峰值时间
最大超调量
调整时间
振荡时间
振荡次数
高阶系统的瞬态响应
可分解为若干一阶惯性环节二号二阶振荡环节的叠加
系统极点的负实部离虚轴越远，衰减越快
主导极点
偶极子
控制系统的综合与校正
系统的性能指标
时域性能指标
最大超调量
调整时间
峰值时间
开环频域指标
开环剪切频率
相位裕量
幅值裕量
静态位置误差系数
静态速度误差系数
静态加速度误差系数
闭环频域指标
综合性能指标（误差准则）
误差积分性能指标
误差平方积分性能指标
系统校正概述
串联校正
超前校正
几何中心频率
最大超前角
滞后校正
滞后超前校正
PID调节
比例P
积分I
微分D
PID调节
反馈校正
利用反馈校正改变局部结构和参数
速度反馈和加速度反馈
用频率法对控制系统进行综合与校正
典型的希望对数频率特性
二阶最优模型
高阶最优模型
希望对数频率特性与系统性能指标的关系
相对稳定性经验公式
误差分析和计算
稳态误差的基本概念
稳态误差
理想输出与实际输出之差
偏差
输入信号与反馈信号之差
输入引起的稳态误差
误差传递函数与稳态误差
静态误差系数
干扰引起的稳态误差
减小系统误差的途径
按干扰补偿
按输入补偿
内模原理和内模控制
动态误差系数
稳定性分析
系统稳定性的基本概念
干扰取消后，经过充分长的时间后，可以逐渐恢复到原始状态
系统稳定的充要条件
代数稳定性判据
劳斯稳定性判据
赫尔维兹稳定性判据
乃奎施特稳定性判据
映射定理
乃奎施特稳定性判据
应用于最小相位系统
应用乃奎施特稳定性判据分析延时系统的稳定性
由伯德图判断系统的稳定性
控制系统的相对稳定性
采用劳斯判据看系统的相对稳定性
采用乃奎施特稳定性判据看系统的相对稳定性及其相对稳定性指标
幅值裕量
相位裕量
频域响应
机电系统频率特性的概念和基本实验方法
频率特性
正弦信号输入的稳态输入
幅频特性
相频特性
傅里叶变换
性质
叠加定理
微分定理
频率位移定理
延迟定理
时间比例尺度改变
卷积定理
表示方法
三角表示法
指数表示方法
频率特性的实验求取
以相同幅值不同频率的正弦输入，记录其稳态输出
极坐标图
典型环节的乃氏图
乃氏图的作图方法
对数坐标图
典型环节的伯德图
作图方法
最小相位系统
由频率特性曲线求系统传递函数
零型系统
一型系统
二型系统
由单位脉冲响应求系统的频率特性
对数幅相特性图
控制系统的闭环响应
系统频频域指标
开环频率指标
开环剪切频率
闭环频域指标
谐振角频率
谐振峰值
由开环频率特性估计闭环频率特性
等幅值圆（M圆）
等相位图（N图）
应用乃奎施特图求闭环频率特性
应用尼科尔斯图线求闭环频率特性
非单位负反馈系统的闭环频率特性
机械系统刚度的概念