自動控制原理筆記1-導論

經典控制理論部分導論

被控量：機械轉速、位移，溫度，壓力，流量，物位，姿態，航向……

裝置：航天器，飛機，導彈，船舶，機床，機器人，化工生產過程……

自動控制原理：自動控制的基本理論和分析、設計控制系統的基本方法

控制：使裝置或過程（對象）按給定規律運行，使被控變數按給定規律變化。

系統：能完成一定任務的物體（元件）的組合

控制對象：被控制的裝置、物理系統或過程。

控制器：對控制對象產生控制作用的裝置。

執行元件：直接改變被控變數的元件。

感測器或測量元件：檢測物理量並轉換成另一種量。

輸入信號：外加變數。

輸出信號：系統或元件產生的變數。

控制變數：控制器輸出的信號，作用在對象上。

反饋信號: 被控量經感測器變換並返回到輸入端的信號，要與輸入信號比較，產生偏差信號。

指令輸入、給定值：被控量的希望值。

參考輸入信號：代表指令輸入與反饋信號比較的基準信號。

偏差信號：參考輸入信號與反饋信號之差。

擾動信號：不希望的外加信號。

閉環控制：輸出信號受到輸入信號和輸出信號自身（反饋信號）的作用。信號流線形成閉合迴路。又稱反饋控制。輸出信號受偏差量控制。

?優點：精度高，抗干擾能力強。

?缺點：系統結構、設計和調試複雜，可能產生失控——不穩定。

開環控制：輸出信號只取決與輸入信號，與輸出無關。

?優點：系統結構和調試簡單。

?缺點：抗干擾能力差。

定值控制系統：輸入是固定值。

伺服系統：輸入是時間的函數，變化規律常常未知。

程序控制系統：輸入信號按已知規律變化

線性系統與非線性系統。

計算機控制系統與模擬控制系統。

運動控制系統與過程式控制制系統。

定常系統與時變系統

控制對象與控制元件

1.執行元件 直接帶動控制對象和改變被控量。

2.放大元件 放大信號。前置放大器與功率放大器。

3.測量元件 檢測一種物理量並按某種規律轉換成另一種量。感測器，變送器，敏感元件，檢測元件。

4.補償元件（校正元件） 補充的元件

對控制系統的基本要求

1.穩定性 受控，正常運行。最基本、最重要的要求。

2.準確性 誤差小。穩態精度，穩態性能。

3.快速性與平穩性 過渡過程快速、平穩。動態性能。

描述系統中各變數關係的數學形式與方法。經典控制與現代控制理論的基礎。

靜態關係：對時間的導數可忽略不計。由輸入可確定輸出。

動態關係：對時間的導數不可忽略，由輸入和初始條件共同確定輸出。

動態系統數學模型的基礎是微分方程。

建模方法：分析法（理論建模）和實驗法（系統辨識）。

定常系統和集總參數系統。

不同的系統可能有相同的數學模型。

單變數線性定常系統

1.傳遞函數的概念適用於線性定常系統，與輸入信號的具體形式和大小無關。

?談到傳遞函數，必須指明輸入量和輸出量。

?傳遞函數的概念主要適用於單輸入、單輸出的情況。SISO

2.傳遞函數不能反映系統或元件的學科屬性和物理性質。物理性質和學科類別截然不同的系統可能具有完全相同的傳遞函數。

3.對於實際的元件和系統，傳遞函數是復變數s的有理分式。

傳遞函數的有理分式形式

傳遞函數的零極點表達式

?傳遞函數的時間常數形式

令系統傳遞函數分母等於零所得方程稱為特徵方程，特徵方程的根稱為特徵根。特徵根就是傳遞函數的極點

基本環節及其傳遞函數

放大環節（比例環節）

慣性環節

積分環節

振蕩環節

純微分環節

一階微分環節

二階微分環節

延遲環節

偏差信號對參考輸入的閉環傳遞函數

偏差信號對擾動輸入的閉環傳遞函數

系統總偏差

梅森增益公式的一般形式

非線性方程的線性化

線性化的關鍵是將其中的非線性函數線性化。

小偏差線性化 在工作點鄰域將非線性函數 展開成以偏差量表示的泰勒級數。