深大自動控制原理總復(fù)習(xí)引言自動控制原理概述控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型線性系統(tǒng)的時域分析線性系統(tǒng)的頻域分析控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計非線性系統(tǒng)分析控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析控制系統(tǒng)的仿真與實驗引言01提高應(yīng)用能力復(fù)習(xí)不僅僅是回憶知識點，更是提高實際應(yīng)用能力的關(guān)鍵步驟。通過復(fù)習(xí)，可以更好地將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，提高解決實際問題的能力。鞏固知識體系通過復(fù)習(xí)，可以加深對自動控制原理的理解，進(jìn)一步鞏固知識體系，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和研究打下堅實的基礎(chǔ)。應(yīng)對考試和考核對于面臨考試和考核的學(xué)生來說，復(fù)習(xí)是提高考試成績和評價考核的重要途徑。通過系統(tǒng)地復(fù)習(xí)，可以更好地掌握考試要點和難點，提高應(yīng)試能力。復(fù)習(xí)的目的和意義第二季度第一季度第四季度第三季度制定復(fù)習(xí)計劃多種方式結(jié)合注重理解和應(yīng)用做好筆記和總結(jié)復(fù)習(xí)的方法和策略制定詳細(xì)的復(fù)習(xí)計劃，合理安排時間，確保復(fù)習(xí)進(jìn)度和質(zhì)量。同時，根據(jù)實際情況及時調(diào)整計劃，確保復(fù)習(xí)的針對性和有效性。采用多種方式進(jìn)行復(fù)習(xí)，如閱讀教材、筆記和課件，做習(xí)題和模擬試卷，參加線上或線下輔導(dǎo)等。多種方式結(jié)合可以更好地鞏固知識點和提高應(yīng)用能力。在復(fù)習(xí)過程中，要注重對知識點的深入理解和應(yīng)用。對于難以理解的問題，可以通過查閱資料、與同學(xué)討論或請教老師等方式加以解決。在復(fù)習(xí)過程中，要做好筆記和總結(jié)，以便于回顧和鞏固知識點。同時，筆記和總結(jié)也是備考的重要資料，可以提供針對性的復(fù)習(xí)和備考指導(dǎo)。自動控制原理概述02

自動控制的基本概念自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預(yù)定規(guī)律運行。控制系統(tǒng)的基本組成控制器、受控對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測量元件。開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋回路，閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋回路。用于接收輸入信號，并按照設(shè)定的算法產(chǎn)生輸出信號。控制器被控制的對象或過程。受控對象根據(jù)控制器輸出的信號，驅(qū)動受控對象改變其狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于檢測受控對象的當(dāng)前狀態(tài)，并將檢測結(jié)果反饋給控制器。測量元件自動控制系統(tǒng)的組成按輸入信號的特征分類：恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化分類：時變系統(tǒng)、時不變系統(tǒng)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)的分類系統(tǒng)在受到擾動后能否回到原來的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性快速性準(zhǔn)確性抗干擾性系統(tǒng)對設(shè)定值的跟蹤速度。系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定值后與設(shè)定值的偏差大小。系統(tǒng)對外部干擾的抑制能力。自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型03傳遞函數(shù)是描述線性時不變系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，它表達(dá)了系統(tǒng)輸出變量與輸入變量之間的函數(shù)關(guān)系。定義傳遞函數(shù)通常表示為有理分式的形式，即G(s)=num(s)/den(s)，其中s是復(fù)數(shù)變量，num(s)和den(s)分別是分子和分母多項式函數(shù)。形式傳遞函數(shù)具有一些基本性質(zhì)，如線性性、時不變性、因果性和穩(wěn)定性等。性質(zhì)傳遞函數(shù)定義動態(tài)結(jié)構(gòu)圖是一種圖形表示方法，用于描述控制系統(tǒng)的動態(tài)行為和各組成部分之間的相互關(guān)系。組成動態(tài)結(jié)構(gòu)圖由一系列的環(huán)節(jié)、傳遞函數(shù)和信號線組成，環(huán)節(jié)表示系統(tǒng)中的元件或子系統(tǒng)，信號線表示信號的傳遞方向。建立根據(jù)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以建立動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并通過信號流圖進(jìn)行簡化或化簡。動態(tài)結(jié)構(gòu)圖定義01狀態(tài)空間模型是一種描述控制系統(tǒng)動態(tài)行為的數(shù)學(xué)模型，它基于系統(tǒng)的狀態(tài)變量和輸入輸出變量來描述系統(tǒng)的動態(tài)行為。形式02狀態(tài)空間模型由狀態(tài)方程和輸出方程組成，其中狀態(tài)方程描述了系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的變化規(guī)律，輸出方程描述了系統(tǒng)輸出變量與狀態(tài)變量和輸入變量之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)換03通過傳遞函數(shù)或動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，可以將其轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間模型，以便進(jìn)行更深入的分析和設(shè)計。狀態(tài)空間模型在實際應(yīng)用中，根據(jù)需要可以將控制系統(tǒng)模型從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，如從傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間模型，或從動態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)。轉(zhuǎn)換對控制系統(tǒng)模型進(jìn)行化簡是為了簡化分析過程和提高計算效率。常見的化簡方法包括部分分式展開、相似變換、狀態(tài)反饋等。化簡轉(zhuǎn)換與化簡在控制系統(tǒng)分析和設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用，如穩(wěn)定性分析、控制器設(shè)計、最優(yōu)控制等。應(yīng)用控制系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換與化簡線性系統(tǒng)的時域分析0403系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度是指系統(tǒng)在穩(wěn)定邊界上的距離，用于衡量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。01穩(wěn)定性的定義如果一個系統(tǒng)在受到擾動后能夠回到原來的平衡狀態(tài)，則稱該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。02勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)通過計算系統(tǒng)的極點和零點，利用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析階躍響應(yīng)分析階躍響應(yīng)是系統(tǒng)對單位階躍函數(shù)的響應(yīng)，通過分析階躍響應(yīng)的超調(diào)和調(diào)節(jié)時間等參數(shù)，可以評估系統(tǒng)的動態(tài)性能。系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)常見的動態(tài)性能指標(biāo)包括上升時間、峰值時間、調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量等。動態(tài)性能的定義系統(tǒng)在輸入信號的作用下，其輸出響應(yīng)隨時間變化的特性。系統(tǒng)的動態(tài)性能分析系統(tǒng)誤差分析系統(tǒng)誤差是指系統(tǒng)的輸出與理想輸出之間的差值，通過分析系統(tǒng)誤差的大小和穩(wěn)定性，可以評估系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)常見的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)包括誤差范圍、誤差精度和誤差靈敏度等。穩(wěn)態(tài)性能的定義系統(tǒng)在輸入信號的作用下，其輸出響應(yīng)趨于穩(wěn)定后所表現(xiàn)出來的特性。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析線性系統(tǒng)的頻域分析05123描述線性系統(tǒng)對不同頻率輸入信號的響應(yīng)特性。頻率特性傳遞函數(shù)是頻率特性的拉普拉斯變換形式。頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系反映系統(tǒng)對不同頻率信號的增益、相位和失真等特性。頻率特性的物理意義頻率特性的基本概念定義法根據(jù)傳遞函數(shù)求取頻率特性。實驗法通過實驗測量系統(tǒng)對不同頻率信號的響應(yīng)，再轉(zhuǎn)換為頻率特性。頻率特性的求取方法顯示系統(tǒng)對不同頻率信號的幅值和相位響應(yīng)。Bode圖Nyquist圖Nichols圖顯示系統(tǒng)的極點和零點分布，反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性。顯示系統(tǒng)的增益和相位裕度，用于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。030201頻率特性的圖示方法勞斯判據(jù)通過計算系統(tǒng)的極點和零點，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。Nyquist判據(jù)通過繪制系統(tǒng)的Nyquist曲線，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。幅值裕度和相位裕度判據(jù)通過計算系統(tǒng)的增益和相位裕度，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。頻域穩(wěn)定性判據(jù)控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計06校正為了改善系統(tǒng)的性能指標(biāo)，通過附加裝置改變系統(tǒng)的特性或參數(shù)。性能指標(biāo)反映系統(tǒng)性能優(yōu)劣的量，如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差等。校正裝置附加在系統(tǒng)中的裝置，如放大器、積分器、微分器等。系統(tǒng)校正的基本概念串聯(lián)校正的基本思想在系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中串聯(lián)一個環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的性能。串聯(lián)超前校正通過增加系統(tǒng)的相位裕度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間。串聯(lián)滯后校正通過減小系統(tǒng)的相位裕度提高系統(tǒng)的增益，同時減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。串聯(lián)校正通過并聯(lián)一個環(huán)節(jié)來改變系統(tǒng)的根軌跡，從而改善系統(tǒng)的性能。并聯(lián)校正的基本思想通過增加系統(tǒng)的增益提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，同時減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。并聯(lián)超前校正通過減小系統(tǒng)的增益提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時減小系統(tǒng)的超調(diào)量。并聯(lián)滯后校正并聯(lián)校正前饋校正的基本思想通過引入前饋控制環(huán)節(jié)來減小系統(tǒng)對干擾的敏感性。前饋校正的優(yōu)點能夠減小系統(tǒng)對擾動的敏感性，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。前饋控制根據(jù)擾動量的測量值對輸出進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂品绞健Ｇ梆佇Ｕ蔷€性系統(tǒng)分析07非線性系統(tǒng)的基本概念根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，非線性系統(tǒng)可以分為不同的類型，如按輸入輸出關(guān)系可分為時變非線性系統(tǒng)和時不變非線性系統(tǒng)等。非線性系統(tǒng)的分類非線性系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出與輸入不成正比關(guān)系的系統(tǒng)，即系統(tǒng)的響應(yīng)特性不是線性的。非線性系統(tǒng)的定義非線性系統(tǒng)具有復(fù)雜性、多變性、不規(guī)則性和不可預(yù)測性等特點，其行為難以用簡單的數(shù)學(xué)模型描述。非線性系統(tǒng)的特點描述函數(shù)的計算方法描述函數(shù)是通過將非線性系統(tǒng)的輸入和輸出進(jìn)行傅里葉變換，然后通過一定的計算方法得到。描述函數(shù)的性質(zhì)描述函數(shù)具有一些重要的性質(zhì)，如奇偶性、頻率特性等，這些性質(zhì)對于分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性等特性非常重要。描述函數(shù)定義描述函數(shù)是一種用于分析非線性系統(tǒng)的工具，它通過將非線性系統(tǒng)近似為線性系統(tǒng)來簡化分析過程。非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析法非線性系統(tǒng)的相平面分析法相平面是用于分析非線性系統(tǒng)的二維平面，它通過將系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行組合得到。相平面分析的步驟在相平面上，可以通過觀察系統(tǒng)的軌跡、極限環(huán)等特性來分析系統(tǒng)的行為。具體步驟包括繪制相圖、分析軌跡走向、判斷平衡狀態(tài)等。相平面分析的應(yīng)用相平面分析在控制工程中有著廣泛的應(yīng)用，如用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)的設(shè)計等。同時，相平面分析也是研究非線性系統(tǒng)的重要工具之一。相平面的定義控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析08描述系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變量，通常選取系統(tǒng)的輸入、輸出和內(nèi)部變量作為狀態(tài)變量。狀態(tài)變量描述系統(tǒng)狀態(tài)變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，通常采用微分方程或差分方程形式表示。狀態(tài)方程描述系統(tǒng)輸出與狀態(tài)變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，通常表示為狀態(tài)變量的線性函數(shù)。輸出方程狀態(tài)空間的基本概念解析法通過求解狀態(tài)方程得到狀態(tài)變量的解析解，適用于線性時不變系統(tǒng)。數(shù)值法采用數(shù)值計算方法求解狀態(tài)方程，如歐拉法、龍格庫塔法等，適用于非線性或時變系統(tǒng)。穩(wěn)定性分析分析系統(tǒng)狀態(tài)方程的解是否穩(wěn)定，即當(dāng)系統(tǒng)受到擾動后能否恢復(fù)到平衡狀態(tài)。狀態(tài)方程的解法030201能控性線性系統(tǒng)的能控性和能觀性判斷線性系統(tǒng)是否可以通過輸入信號控制其狀態(tài)變量的變化。能觀性判斷線性系統(tǒng)是否可以通過輸出信號觀測其狀態(tài)變量的變化。將線性系統(tǒng)通過線性變換轉(zhuǎn)換為能控標(biāo)準(zhǔn)型或能觀標(biāo)準(zhǔn)型，便于分析和設(shè)計控制系統(tǒng)。能控標(biāo)準(zhǔn)型和能觀標(biāo)準(zhǔn)型控制系統(tǒng)的仿真與實驗09控制系統(tǒng)的計算機(jī)仿真控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真的定義利用計算機(jī)對控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬，以便分析和研究系統(tǒng)的性能。控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真的步驟建立數(shù)學(xué)模型、選擇合適的仿真算法、編寫仿真程序、進(jìn)行仿真實驗和結(jié)果分析。控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真的優(yōu)點可以模擬各種實際情況下難以實現(xiàn)的情況，節(jié)省實驗時間和成本，提高實驗精度和可靠性。通過實際搭建控制系統(tǒng)并進(jìn)行實驗，以獲取系統(tǒng)性能的實際數(shù)據(jù)。實驗研究方法的定義確定實驗方案、搭建實驗系統(tǒng)、進(jìn)行實驗操作、數(shù)據(jù)采集與處理、結(jié)果分析和結(jié)論。實驗研究方法的步驟能夠真實地反映系統(tǒng)的實際運行情況，為理論分析提供實際依據(jù)。實驗研究方法的優(yōu)點控