控件的语义控制(CONTROL )----使某主体所在的客体按照一定的目的动作。
主体人:人工控制; 机器:自动控制
对象-指物体、装置、物化过程或特定系统。
手动控制和自动控制人在控制中起三个作用:
)1)观测)温度计、转速表等眼睛观察指示值;
)2)比较与决策)人脑将观测到的数据与要求的数据进行比较判断,根据给定的控制规律给出控制量;
)3)执行)阀门开度调节、触点位置改变等,根据控制量用手具体调节。
开环控制和闭环控制
典型的开环系统
典型闭环系统
自动控制系统的构成
自动控制系统实例
自动控制系统的任务
被控制量和规定值随时相等,或保持一定的比例关系,没有任何偏差,且不受干扰的影响。系统的动态过程:
也称为过渡过程,是指在受到系统施加的信号(规定值或干扰)的作用后,被控量随时间变化的全过程。自动控制的性能指标:
反映系统控制性能优劣的指标在工程上多从稳定性、快速性、准确性两个方面进行评价。
数学模型基础控制系统数学模型的概念描述了控制系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式,称为系统的数学模型。
建立数学模型的目的是建立系统的数学模型是分析和设计控制系统的主要工作(或基础工作)。
线性系统时域数学模型的微分方程是控制系统最基本的数学模型,研究系统的运动,必须列出系统的微分方程。
传递函数控制系统的微分方程是描述时间域系统动态性能的数学模型,在给定的外部作用和初始条件下求解微分方程,得到系统的这个方法比较直观。 3358www.Sina.com/是求解线性微分方程的有力工具,可以将时域微分方程转化为拉普拉斯变换中的复频域,且控制系统在复域中
典型环节传递函数的常用典型环节有代数方程等。
结构图为数学模型数学模型,描述了构成系统的各元件的特性和相互之间的信号传递关系,描述了系统中各变量进行的运算。
创建结构图创建系统结构图的依据是:系统各个环节的传递函数具体步骤如下:
写出系统的微分方程组,求出其对应的拉斯变换方程组。 从比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节、延迟环节开始书写,以图解化为第一个方程左边的量。 各方程式动态微分方程式及其拉斯变换。 根据第二个方程,每个方程左边的量为输出量。 写方程式时尽量使用既定的量。 输入量必须至少出现在一个方程的右侧; 除了输入量以外,方程右边出现的中间变量必须出现在某个方程的左边。 按照上述整理后的拉斯变换方程的顺序,按系统输出量
结构图简化和转换规则
自控系统的典型结构
总之,在求解系统的传递函数时,简单的系统可以直接利用结构图求解; 的复杂系统将其视为信号流图后,可以利用顺利的飞机公式进行计算。
顺利的飞机增益式
应用无奈的煎鸡蛋公式求解信号流图的具体步骤是:观察信号流图,找到左边只有一个量,找到它们的电路增益L1、L2、L3、……; 找到可组合的两个、三个、……所有可组合的两个、三个、……
创建不相互接触(无公共节点)的电路,观察并写入从http://www.Sina.com/前面方程右边的中间变量输入节点到输出节点的所有http://www.Sina.com/分别导出与第k个前通道不接触部分的信号流图的特征表达式。 代入无奈的煎鸡蛋增益式。 线性系统的时域分析法
典型输入信号控制系统的性能评估为从输出端开始绘制系统的结构图
strong>和稳态性能指标两类。为了了解系统的时间响应,必须了解输入信号的解析表达式。线性定常系统的时域响应
应用代数判据不仅可以判断系统的稳定性,还可以用来分析系统参数对系统稳定性的影响。
根据控制系统的一般结构, 可以定义系统的误差与稳态误差。
控制系统的一般结构
图4-2 根轨迹图
从根轨迹图可以看到:当0<K<0.385时三个闭环极点都是负实数;
当K>0.385时有两个闭环极点成为共轭复数,只要0<K<6闭环系统一定稳定。
一但K值给定,比如K=1.2,3个闭环极点就是3支根轨迹上3个特定点(标有+号的点)。
可见,根轨迹清晰地描绘了闭环极点与开环增益K的关系。
今天,在计算机上绘制根轨迹已经是很容易的事,由于计算机强大的计算能力,所以计算机绘制根轨迹大多采用直接求解特征方程的方法,也就是每改变一次增益K求解一次特征方程。
让K从零开始等间隔增大,只要K的取值足够多足够密,相应解特征方程的根就在S平面上绘出根轨迹。
传统的根轨迹法是不直接求解特征方程的,它创造了一套行之有效的办法——图解加计算的手工绘图法。
我们可以把现有的绘制根轨迹图的方法分为三类:
1)手工画概略图(草图) 这种方法适合调试现场的应急分析、项目开始的粗略分析等不要求很精确的场合。 一个熟习根轨迹基本规则的人几分钟就可以画出一张很有用的概略图。 2)手工图解加计算画准确图 这种方法曾经沿用很久,以往的教科书讲述了很多绘图的技艺,不仅繁琐,精度也差,这类方法在实际应用中已逐步淘汰。 3)计算机绘制精确图 目前主要指用Matlab工具绘制根轨迹图。它准确快捷,短时间内可以对多个可调参数进行研究,有效地指导设计与调试。 开环零极点与相角条件
图4-3 相角条件的图示
纯粹用试验点的办法手工作图,工作量是十分巨大的,而且对全貌的把握也很困难,于是人们研究根轨迹图的基本规则,以便使根轨迹绘图更快更准。
概括起来, 以开环增益K为参变量的根轨迹图主要有下列基本规则:
图 比例环节的伯德图
图 积分环节的伯德图
图 微分环节的伯德图
图 惯性环节的Bode图
图 MATLAB绘制的惯性环节的伯德图
图 一阶微分环节的伯德图
图 二阶振荡环节的伯德图
表 二阶振荡环节对数幅频特性曲线渐近线和精确曲线的误差(dB)
表 二阶振荡环节对数相频特性曲线角度值
图 迟后环节的伯德图
例子在另一篇文章里。
图 5-31 最小相位系统和非最小相位系统的伯德图
图 5-45 相角裕度和增益裕度
图 闭环幅频特性
图6 超前网络的Bode图
相频曲线具有正相角,即网络的稳态输出在相位上超前于输入,故称为超前校正网络。
由于传递函数分母的时间常数大于分子的时间常数, 所以其幅频特性具有负斜率段, 相频特性出现负相移。
负相移表明, 校正网络在正弦信号作用下的正弦稳态输出信号, 在相位上迟后于输入信号, 所以称为迟后校正装置或迟后网络。
滞后校正的伯德图如下图所示。
图7-6 理想采样过程
图 7-7 零阶保持器的输入和输出信号
有零阶保持器时的开环采样系统
图 s平面上虚轴在z平面上的映像
表 7-1 单位反馈离散系统的稳态误差