1、目錄1自動控制系統的基本概念1.1內容提要1.2習題與解答2自動控制系統的數學模型 2.1內容提要 2.2習題與解答3自動控制系統的時域分析 3.1內容提要 3.2習顆與他答4根軌跡法4.1內容提要4.2習題與解答5頻率法5.1內容提要5.2習題與解答6控制系統的校正及綜合 6.1內容提要 6.2習題與解答7非線性系統分析7.1內容提要7.2習題與解答8線性離散系統的理論基礎8.1內容提要8.2習題與解答9狀態空間法 9.1內容提要 9.2習題與解答附錄 拉普拉斯變換參考文獻1自動控制系統的基本概念1. 1內容提要 基本術語：反饋量，擾動量，輸人量，輸出量，被控對象； 基本結構：開環，閉環，復

2、合； 基本類型：線性和非線性，連續和離散，程序控制與隨動； 基本要求：暫態，穩態，穩定性。 本章要解決的問題，是在自動控制系統的基本概念基礎上，能夠針對一個實際的控制系統，找出其被控對象、輸人量、輸出量，并分析其結構、類型和工作原理。1.2習題與解答 題1-1圖P1-1所示，為一直流發電機電壓白動控制系統示意圖。圖中，1為發電機；2為減速器；3為執行電機；4為比例放大器；U0+-534+-負載GV12+-+-圖P1-7電壓自動控制系統示意圖5為可調電位器。 (1)該系統有哪些環節組成，各起什么作用” (2)繪出系統的框圖，說明當負載電流變化時，系統如何保持發電機的電壓恒定 (3)該系統是有差系

3、統還是無差系統。 (4)系統中有哪些可能的擾動， 答 (1)該系統由給定環節、比較環節、中間環節、執行結構、檢測環節、發電機等環節組成。 給定環節:電壓源。用來設定直流發電機電壓的給定值。 比較環節:本系統所實現的被控量與給定量進行比較，是通過給定電壓與反饋電壓反極性相接加到比例放大器上實現的 中間環節:比例放大器。它的作用是將偏差信號放大，使其足以帶動執行機構工作。該環節又稱為放大環節 執行機構:該環節由執行電機、減速器和可調電位器構成。該環節的作用是通過改變發電機勵磁回路的電阻值，改變發電機的磁場，調節發電機的輸出電壓 被控對象:發電機。其作用是供給負載恒定不變的電壓. 檢測環節跨接在發電

4、機電樞兩端、且與電壓源反極性相接到比例放大器輸人端的導線。它的作用是將系統的輸出量直接反饋到系統的輸人端。 (2)系統結構框圖如圖1-5所示。當負載電流變化如增大時，發電機電壓下降，電壓偏差增大，偏差電壓經過運算放大器放大后，控制可逆伺服電動機，帶動可調電阻器的滑動端使勵磁電流增大，使發電機的電壓增大直至恢復到給定電壓的數值上，實現電壓的恒定控制。 負載電流減小的情況與此同理。 (3)假設在系統穩定運行狀態下，發電機輸出的電壓與給定的電壓相等，也就是我們所稱謂的無差系統。此時，比例放大器輸出電壓為零，執行電機不轉動，可調電位器的滑動端不動，發電機磁場不變化，從而保持發電機輸出電壓等于給定電壓。

5、假設成立，故該系統為無差系統。 (4)系統中可能出現的外部擾動負載電流的變化(增加或減少)?？赡艹霈F的內部擾動：系統長時間工作使電源電壓降低，執行機構、減速器等的機械性能的改變等。 題1-2圖1-6所示為閉環調速系統示意圖，如果將反饋電壓的極性接反，成為正反饋系統，對系統工作有什么影響?此時各環節工作于什么狀態，電動機的轉速能否按照給定值運行， 答正反饋系統的比較環節是使反饋電壓與給定電壓相加。加給控制器的信號必然總在給定電壓基礎上增大，系統將不具備調節能力，各環節的輸出量將處于飽和狀態，電動機轉速不能按給定的值運行 題1-3圖Pl-2為倉庫大門自動控制系統示意圖。試說明自動控制大門開啟和關閉

6、的工作原理。如果大門不能全開或全關，應怎樣進行調整? 答系統中，“開門”和“關門”兩個開關是互鎖的，即在任意時刻，只有開門(或關門)一個狀態，這一狀態對應的電壓和與大門連接的滑動端對應的電壓接成反極性(即形成偏差信號)送入放大器。放大器的輸出電壓送給直流電動機M，直流電動機與卷筒同軸相連，大門的開啟和關閉是通過電動機的正、反轉來控制的。與大門連接的滑動端對應的電壓與“開門”滑動端對應的電壓相等時，大門停止開啟;與大門連接的滑動端對應的電壓與“關門”滑動端對應的電壓相等時大門停止關閉。 設“開門”滑動端對應的電壓為，“關門”滑動端對應的電壓為，與大門連接的滑動端對應的電壓為。開門時，將“開門”開

7、關閉合、關門”開關斷開，此時，。此偏差信號經過放大器放大后帶動可逆直流電動機M轉動，并帶動可調電位計滑動端上移，直至時.直流電動機M停止、大門開啟。 關門時，將“開門”開關斷開、“關門”開關閉合，此時有，此偏差信號經放大后使直流電機M向相反方向轉動，并帶動可調電位計滑動端下移，直至時，直流電機M停止、大門關閉。 若大門不能全開(或全關)可將價調大（或將調小)，這可通過將“開門”滑動端上移直至大門全開(或將“關門”滑動端下移直至大門全關)實現。 從下作原理上分析，系統穩定運行(大門“全開”或“全關”)時，系統的輸出量完全等于系統的輸入量(大門“全開”時，；大門“全關”時，)。故該系統屬于恒值、無

8、差系統。2自動控制系統的數學模型2.1內容提要 (l)數學模刑 自動控制系統的分析與設計是建立在數學模型基礎上的。數學模型是描述系統內部各物理量之間動態關系的數學表達式。數學模型的形式可以有多種，在經典控制理論中常甩的是微分方程和差分方程，在現代控制理論中常用的是狀態空間表達式 數學模型的求取可以采用解析法和統計法。本章主要以解析法為主。用解析法建立系統的數學模型時，應根據元件及系統的特點和連接關系，按照它們所遵循的物理規律，抓住主要矛盾，忽略次要因素，列寫各物理量之間關系的數學表達式、使得所建的數學模邢既正確又簡草 (2)傳遞函數 傳遞函數是為方便進行系統分析所引出的數學模型的另外一種形式。

9、由它的定義可知，傳遞函數只適合于線性連續系統。 (3)傳遞函數的求取 傳遞函數的求取方法有三種: 1）利用傳遞函數的定義； 2)利用結構圖等效變換； 3）利用信號流圖 利用傳遞函數的定義求解傳遞函數，主要適合于求典型環節傳遞函數的情況。 結構圖是系統傳遞函數的圖形化表示。它最大的優點是可以形象直觀地表小出動態過程中系統各環節的數學模型及其相互關系。通過結構圖的等效變換可以求出系統的傳遞函數由結構圖等效變換求解傳遞函數，主要是調整相加點和分支點的位置，將其化為三種典型的連接形式，即串聯、井聯和反饋連接，從而求得系統或環節的傳遞函數。應注意的是，變換過程中相加點和分支點之間一般不宜相互變換位置 信號流圖也是一種用圖形表示線性系統方程組的方法。信號流圖與結構圖在本質上是一樣的，只是形式上不同。其中需要重點掌握的術語有前向通路、回環、不接觸回環等。它的最大優點是通過梅遜增益公式可以很方便快捷地求出系統的傳遞函數。使用這種方法的關鍵在于對系統回環的判斷是否正確 (4)非線性數學模型的線性化 本章介紹的是利用小偏差線性化方法對非線性系統進行線性化處理。這種方法就是將一個非線性函數在其工作點處展開成泰勒級數，然后略去二次以上的高階項，得到線性化方程，用來代替原來的非線性函數。此種方法適合于非本質非線性系統。2.2習題與解答題2-1試求出圖P2-1中各電路的