經(jīng)典自動(dòng)控制原理——1-4章.講述.ppt

1 說明1 自動(dòng)控制原理的電子版內(nèi)容以胡壽松教授主編的第五版 自動(dòng)控制原理 為基礎(chǔ) 以PowerPoint2000和MATLAB6 5為工具 以幫助教師更好地講好自控 幫助學(xué)生更好地學(xué)好自控為目的而制作的 本課件大部分內(nèi)容都是以點(diǎn)擊鼠標(biāo)的方式分步出現(xiàn)的 點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇 定位 然后再點(diǎn)擊 幻燈片漫游 可進(jìn)入各章節(jié)學(xué)習(xí) 使用者在使用前應(yīng)先看看各章說明 即可理解其含意 2 課件3 6為第一章的內(nèi)容 制作目的是節(jié)省畫圖時(shí)間 便于教師講解 課件6要強(qiáng)調(diào)串聯(lián)并聯(lián)反饋的特征 在此之前要交待相鄰綜合點(diǎn)與相鄰引出點(diǎn)的等效變換 課件7中的省略號(hào)部分是反過來說 如 合并的綜合點(diǎn)可以分開 等 最后一條特別要講清楚 這是最容易出錯(cuò)的地方 課件10先要講清H1和H3的雙重作用 再講分解就很自然了 課件11 12 13是直接在結(jié)構(gòu)圖上應(yīng)用梅遜公式 制作者認(rèn)為沒必要將結(jié)構(gòu)圖變?yōu)樾盘?hào)流圖后再用梅遜公式求傳遞函數(shù) 說明2 3 說明3 課件17 30為第三章的內(nèi)容 課件17 19中的誤差帶均取為穩(wěn)態(tài)值的5 有超調(diào)的階躍響應(yīng)曲線的上升時(shí)間為第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間 課件20要講清T的求法 T與性能指標(biāo)的關(guān)系 課件21要說明這是無零點(diǎn)的二階系統(tǒng) 課件22要交待 s 的分母s2項(xiàng)的系數(shù) 且分子分母常數(shù)項(xiàng)相等 課件28小結(jié)中的3個(gè)問題答案 1 系統(tǒng)穩(wěn)定且 2 非單位反饋輸出端定義的誤差 可通過等效變換后使用 3 系統(tǒng)穩(wěn)定 4 說明4 課件32 42為第四章的內(nèi)容 課件32中的 注意 應(yīng)在觀看 rltool 后講解 若不演示 rltool 也可以 課件33結(jié)論1和2與書中的相同 結(jié)論3分為n m n m n m這3種情況介紹 其中n為開環(huán)極點(diǎn)數(shù) m為開環(huán)零點(diǎn)數(shù) 課件34根軌跡出現(xiàn)后 先介紹圖上方的C s 6實(shí)際是K 6 圖中的3個(gè)小方塊為K 6所對(duì)應(yīng)的3個(gè)閉環(huán)極點(diǎn) 然后驗(yàn)證模值條件和相角條件 課件35要強(qiáng)調(diào)是1 不能是1 分子分母中的因子s的系數(shù)為1 不能為 1 K 不能為負(fù) 課件41先回顧180o根軌跡的模值方程和相角方程 然后再介紹零度根軌跡的模值方程和相角方程 5 說明5 課件44 63為第五章內(nèi)容課件44要說明幾個(gè)問題 1 給一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)輸入一個(gè)正弦 其穩(wěn)態(tài)輸出才是正弦 幅值改變相角改變 2 不穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出震蕩發(fā)散 該振蕩頻率與輸入正弦的頻率有無關(guān)系 3 不穩(wěn)定的系統(tǒng)輸入改為階躍時(shí) 其輸出曲線類似 此時(shí)用運(yùn)動(dòng)模態(tài)來解釋 課件45中的省略號(hào)內(nèi)容為 輸入初始角不為零時(shí)如何處理 輸入為余弦時(shí)沒必要改為正弦 課件57種的幾點(diǎn)說明內(nèi)容為 1 增加k值曲線上下平移 2 取不同的值時(shí) 修正值不同 詳細(xì)情況參考課件57 6 第一章自動(dòng)控制的一般概念 1 1自動(dòng)控制的基本原理與方式1 2自動(dòng)控制系統(tǒng)示例1 3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1 4對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求 飛機(jī)示意圖 給定電位器 反饋電位器 8 給定裝置 放大器 舵機(jī) 飛機(jī) 反饋電位器 垂直陀螺儀 0 c 擾動(dòng) 俯仰角控制系統(tǒng)方塊圖 飛機(jī)方塊圖 9 液位控制系統(tǒng) 控制器 減速器 電動(dòng)機(jī) 電位器 浮子 用水開關(guān) Q2 Q1 c if SM 10 第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 2 1時(shí)域數(shù)學(xué)模型2 2復(fù)域數(shù)學(xué)模型2 3結(jié)構(gòu)圖與信號(hào)流圖 11 結(jié)構(gòu)圖三種基本形式 串聯(lián) 并聯(lián) 反饋 12 結(jié)構(gòu)圖等效變換方法 13 引出點(diǎn)移動(dòng) G1 G2 G3 G4 H3 H2 H1 a b 請(qǐng)你寫出結(jié)果 行嗎 14 綜合點(diǎn)移動(dòng) 錯(cuò) G2 無用功 向同類移動(dòng) G1 15 作用分解 16 Pk 從R s 到C s 的第k條前向通路傳遞函數(shù) 梅遜公式介紹R C 其中 k求法 k 1 LA LBLC LDLELF 17 梅遜公式例R C 18 P1 1 1 1 G2H2 P1 1 E s G2H3 R s N s 1 G2H2 G3G2H3 P2 G3G2H3 2 1 P2 2 梅遜公式求E s P1 G2H3 1 1 19 e 1 a b c d f g h C s R s C s R s 1 信號(hào)流圖 20 第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法 3 1時(shí)域性能指標(biāo)3 2一階系統(tǒng)時(shí)域分析3 3二階系統(tǒng)時(shí)域分析3 4穩(wěn)定性分析3 6穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算 21 B 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)定義1 22 上升時(shí)間tr 調(diào)節(jié)時(shí)間ts 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)定義2 23 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)定義3 24 一階系統(tǒng)時(shí)域分析 單位脈沖響應(yīng) 單位階躍響應(yīng) h t 1 e t T h 0 1 T h T 0 632h h 3T 0 95h h 2T 0 865h h 4T 0 982h 單位斜坡響應(yīng) T c t t T Te t T r t t r t 1 t r t t 25 1 1 0 1 0 2 s s2 2 ns n2 二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)定性分析 過阻尼 臨界阻尼 零阻尼 欠阻尼 26 欠阻尼二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析與計(jì)算 n 0 1時(shí) n 0 0 8 27 設(shè)系統(tǒng)特征方程為 s6 2s5 3s4 4s3 5s2 6s 7 0 勞思表 6 4 2 1 1 10 6 2 2 2 7 1 0 6 14 1 8 8 勞思表介紹 勞斯表特點(diǎn) 4每?jī)尚袀€(gè)數(shù)相等 1右移一位降兩階 2勞思行列第一列不動(dòng) 3次對(duì)角線減主對(duì)角線 5分母總是上一行第一個(gè)元素 6一行可同乘以或同除以某正數(shù) 28 勞思判據(jù) 系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件 有正有負(fù)一定不穩(wěn)定 缺項(xiàng)一定不穩(wěn)定 系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件 勞思表第一列元素不變號(hào) 若變號(hào)系統(tǒng)不穩(wěn)定 變號(hào)的次數(shù)為特征根在s右半平面的個(gè)數(shù) 均大于零 29 勞思表出現(xiàn)零行 設(shè)系統(tǒng)特征方程為 s4 5s3 7s2 5s 6 0 勞思表 5 1 7 5 6 6 6 0 1勞斯表何時(shí)會(huì)出現(xiàn)零行 2出現(xiàn)零行怎么辦 3如何求對(duì)稱的根 s2 1 0 對(duì)其求導(dǎo)得零行系數(shù) 2s1 繼續(xù)計(jì)算勞斯表 1 第一列全大于零 所以系統(tǒng)穩(wěn)定 錯(cuò)啦 由綜合除法可得另兩個(gè)根為s3 4 2 3 30 誤差定義 輸入端定義 E s R s B s R s C s H s 輸出端定義 E s R s C s En s C希 C實(shí) Cn s 31 典型輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)誤差系數(shù) R s R s r t R 1 t r t V t R s V s2 r t At2 2 R s A s3 32 取不同的 r t R 1 t r t V t r t At2 2 型 0型 型 R 1 t V t 0 0 0 At2 2 k k 0 靜態(tài)誤差系數(shù) 穩(wěn)態(tài)誤差 小結(jié) 1 2 3 非單位反饋怎么辦 啥時(shí)能用表格 表中誤差為無窮時(shí)系統(tǒng)還穩(wěn)定嗎 33 減小和消除誤差的方法 1 2 1按擾動(dòng)的全補(bǔ)償 令R s 0 En s C s 令分子 0 得Gn s T1s 1 k1 這就是按擾動(dòng)的全補(bǔ)償 t從0 全過程 各種干擾信號(hào) 2按擾動(dòng)的穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償 設(shè)系統(tǒng)穩(wěn)定 N s 1 s 則 Gn s 1 k1 34 令N s 0 Er s 令分子 0 得Gr s s T2s 1 k2 3按輸入的全補(bǔ)償 設(shè)系統(tǒng)穩(wěn)定 R s 1 s2則 4按輸入的穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償 減小和消除誤差的方法 3 4 35 第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法 4 1根軌跡概念4 2繪制根軌跡的基本法則4 3廣義根軌跡 注意 K一變 一組根變 K一停 一組根停 一組根對(duì)應(yīng)同一個(gè)K 根軌跡概念 k 0時(shí) s1 0 s2 2 0 k 0 5時(shí) 兩個(gè)負(fù)實(shí)根 若s1 0 25 s2 k 0 5時(shí) s1 s2 1 演示rltool 37 G H 閉環(huán)零極點(diǎn)與開環(huán)零極點(diǎn)的關(guān)系 38 模值條件與相角條件的應(yīng)用 s1 0 825s2 3 1 09 j2 07 2 26 2 11 2 072 K 6 0068 92 49o 66 27o 78 8o 127 53o 180o 1 09 j2 07 求模求角例題 0 825 0 466 n 2 34 39 根軌跡方程 特征方程1 GH 0 1 K 這種形式的特征方程就是根軌跡方程 40 根軌跡的模值條件與相角條件 1 41 繪制根軌跡的基本法則 1 根軌跡的條數(shù) 2 根軌跡對(duì)稱于軸 實(shí) 就是特征根的個(gè)數(shù) 3 根軌跡起始于 終止于 開環(huán)極點(diǎn) 開環(huán)零點(diǎn) 4 n m 條漸近線對(duì)稱于實(shí)軸 均起于 a點(diǎn) 方 向由 a確定 k 0 1 2 5 實(shí)軸上的根軌跡 6 根軌跡的會(huì)合與分離 1說明什么 2d的推導(dǎo) 3分離角定義 實(shí)軸上某段右側(cè)零 極點(diǎn)個(gè)數(shù)之和為奇數(shù) 則該段是根軌跡 k 0 1 2 無零點(diǎn)時(shí)右邊為零 L為來會(huì)合的根軌跡條數(shù) 7 與虛軸的交點(diǎn) 或