过程控制原理经典部分复习.pptx

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/10/30,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,过程控制原理（北京理工大学,5,院）,#,大家好,1.1,简述自动控制理论的发展,1.2,控制系统工作原理,1.3,自动控制系统的类型,1.4,基本术语与概念,过程控制原理,复习,(,第,1,章,),第,1,章 自动控制的基本概念,2,图,1,自动控制系统的组成,过程控制原理,复习,(,第,1,章,),（,1,）系统组成：控制器、执行机构、被控对象、检测元件四大部分。,实际值,3,过程控制原理,复习,(,第,2,章,),第,2,章 控制系统数学基础及数学模型,2.2 Laplace,变换及其应用,2.3,传递函数,2.3,方块图,2.4,信号流图,2.5,自动控制系统的数学模型,2.6,典型环节的数学模型,4,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),3.2,典型输入信号,3.3,控制系统的瞬态响应,3.4,劳斯稳定判据,3.5,控制系统的稳态误差,3.6,控制系统瞬态响应性能指标,3.7,常规调节规律及其对控制系统性能的影响,第,3,章 控制系统的时域分析法,5,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),时域分析法,：,控制系统的时间响应一般分为两部分，即瞬态响应和稳态响应。时间响应可表示为,式中,:,(3-1),6,令 ，即二阶系统数学模型的标准形式为,（,3-17),称为自然频率或无阻尼振荡频率；,称为阻尼系数或阻尼比。,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),7,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),3.4.1,稳态误差和误差传递函数,X(s)E(s),Z(s),Y(s),F(s),图,3,-,14,控制系统方块图,8,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),定值调节系统的误差传递函数为,:,(3-37),式中,为系统的开环传递函数。,在随动系统中，主要输入信号是给定作用，要求输出变量随时跟踪给定作用。所以随动系统的误差传递函数为,(3-40),9,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),3.4.2,控制系统的结构类型,(3-46),设系统的开环传递函数具有以下形式：,10,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),3.5.1,瞬态响应性能指标,图,3-15,(,a),单位阶跃扰动作用下的定值系统响应曲线,11,过程控制原理,复习,(,第,3,章,),图,3-15,(,b),单位阶跃给定作用下的随动系统响应曲线,12,过程控制原理,复习,(,第,3,章小结,),(1),系统的稳定性及响应性能都由描述系统的微分,方程所决定；,(2),系统传递函数分子和分母多项式的各项系数决,定了传递函数极点与零点在,S,平面上的位置；,系统的传递函数零、极点的分布决定了系统的,时间响应，并表达了系统的动态性能。,(3),对于线性定常一、二阶系统，能够得出系统结,构及参数与系统性能之间的明确的解析表达,式，这些解析式不但能用来分析系统的性能，而,且也能用来设计系统。,13,(4),远离虚轴的极点对高阶系统的响应影响很小，,由此导出高阶系统主导极点的概念，于是可,以不求解高阶系统的响应，而且借用二阶系,统的理论去分析甚至设计高阶系统。,(5),线性定常系统稳定的充分必要条件是：,其特征方程的根全部位于,S,平面的左半部。,(6),采用劳斯判据不须求解出,特征方程的根,，,就可判断系统的稳定性。,(7),P调节器规律及其对系统调节品质的影响。,过程控制原理,复习,(,第,3,章小结,),14,过程控制原理,复习,(,第,3,章小结,),表,3-1,归纳列出了,0,型、,1,型和,2,型系统在,3,种输入作用下的稳态误差。,稳态,误差,系统类型,单位阶跃,函数,单位斜坡,函数,单位加速,度函数,输入,作用,0,形系统,2,形系统,1,形系统,0,0,0,1/,k,1/,k,表,3,1 以开环放大系数K表示的稳态误差,15,过程控制原理,复习,(,第,4,章,),4.1,根轨迹法的基本概念,4.2,绘制根轨迹图的基本条件和基本规则,4.3,根轨迹绘制方法举例,4.4,系统具有纯滞后环节的根轨迹,4.5,根轨迹法在控制系统分析和设计中的应用,第,4,章 控制系统根轨迹分析法,16,过程控制原理,复习,(,第,4,章,),系统开环传递函数表达式为：,图,4-8,根轨迹的渐近线,17,在已知系统开环传递函数的零、极点情况下，可确,定闭环的极点，并依此分析系统参量发生变化时对闭环极点位置的影响。本章的主要内容可归纳以下几点：,系统参量（增益）变化时，闭环极点在,S,平面上运动的轨迹称为根轨迹。当以系统开环增益为变量的轨迹，称为常规根轨迹，而以其他系统参量作为变量绘制的根轨迹称为参量根轨迹（广义根轨迹）。,过程控制原理,复习,(,第,4,章小结,),18,当系统开环传递增函数零点、极点已知，根据闭环特征方程得到的幅值条件和相角条件，可以推导出绘制常规根轨迹的基本规则。,滞后环节的存在使系统的特征方程成为超越方程，相应的根轨迹有无限多条，绘制常规根轨迹所依据的幅值条件和相角条件应作一定的修改。,用根轨迹法可确定闭环系统的零、极点在,S,平面上的位置。如系统存在一对主导极点，则可根据主导极点近似估算出系统暂态响应。,过程控制原理,复习,(,第,4,章小结,),19,超前校正环节的加入，可使系统的根轨迹左移，改善系统的瞬态响应特性；而滞后校正环节的加入，可改善系统的稳态特性，即提高系统的稳态精度。,过程控制原理,复习,(,第,4,章小结,),20,过程控制原理,复习,(,第,5,章,),5.2,频率特性及其与传递函数的关系,5.3,频率特性的图示方法,5.4,奈魁斯特稳定判据,5.5,控制系统的稳定裕量,5.6,闭环频率特性,5.7,频率法在校正装置设计中的应用,第,5,章 控制系统频率特性分析法,21,过程控制原理,复习,(,第,5,章,),研究系统对正弦输入信号的稳态响应。当输入是正弦信号时,线性定常系统的输出也是正弦信号。它们的频率相同,而幅值与相角则有所不同。但输出信号的幅值和相角还是输入信号频率的函数。,首先介绍系统的频率特性函数,即,S=j,时的系统传递函数,G(s),然后又研究如何用图解方法来表示频率特性函数,G(j),随,的变化情况。,Bode,图方法就是这样一种图解方法,它非常适合控制系统的分析和设计。也讨论了极坐标图和对数幅相图两种图解方法。,介绍增益裕度、相角裕度、带宽等概念,研究了频率域内的稳定性判别方法,Nyquist,稳定性判据,是并通过例子说明,Nyquist,判据的应用。,22,过程控制原理,复习,(,第,5,章,),带宽,(Bandwidth):,从低频开始到频率响应的对数幅值下降,-3dB,所对应的频率范围。,Bode,图,(Bode plot):,传递函数的对数幅值与对数频率,之间的关,系图以及传递函数的相角与对数频率,之间的关系图。,转折频率,(Corner frequency):,由于零点或极点的影响,幅频响应,渐近线的斜率发生变化时的对应频率。,最小相位,(Minimum phase):,传递函数的所有零极点都在,s,左半平,面。,非最小相位,(Non-minimum phase):,传递函数有零极点在,S,右半,平面。,极坐标图,(Polar plot):G(j),的实部与虚部的关系图。,频率特性函数,(Transfer function in the frequency domain):,当输入为正弦信号时,输出与输入的,Fourier,变换之比,常记为,G(j),。,23,过程控制原理,典型试题分析,24,过程控制原理,典型试题分析,25,过程控制原理,典型试题分析,26,过程控制原理,典型试题分析,27,