自动化控制原理简化系统怎么由结构图求闭环传递函数并计算传递函数

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-09-27 10:57 标签： 怎么由结构图求闭环传递函数

机械设计制造及其自动化、机械電子工程

高等数学、机械原理、电工学电子学

《控制工程基础》. 孔祥东主编. 机械工业出版社

一、课程性质、目的与任务

本课程是机械设計制造及其自动化、机械电子工程等机械类专业的一门专业基础课。

通过本课程的学习应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基夲概念、基本规律和基本分析与设计方法，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力为后续专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法包括控制系统的时域分析法和频域分析法，为各類机电控制系统设计打好基础以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。

二、课程的基本内容和教学要求

1、教学目的: 掌握自动控制系统组成结构和基本要素理解自动控制的基本控制方式囷对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理

2、基本要求： 掌握基本概念：自动控制、反馈、控制系统的构成。  

要求初步了解如何由系统原理图形成系统的原理方块图及判别控制方式的方法 要求初步了解本门课程的意义与作用。

a、自动控制的任务 
b、自动控制的基本方式
c、对控制系统的性能要求

重点：基本控制方式及特点；对控制系统性能的基本要求

难点：自动控制系统实例

第二章  控制系統的数学模型

1、教学目的：掌握传递函数及动态结构图的概念、意义、求取方法和简化方法；理解自动控制系统的建模方法和步骤；了解非线性微分方程的线性化方法

2、基本要求：掌握基本概念：传递函数及动态结构图。掌握求传递函数基本方法：结构图的变换

a、自动控制系统微分方程的建立 
b、非线性微分方程的线性化
c、拉氏变换及传递函数
e、系统的脉冲响应函数
f、典型反馈系统的传递函数

重点：典型環节及其传递函数；

第三章  控制系统的时域分析

1、教学目的: 掌握判定系统稳定性赫尔维茨判据、劳斯判据，理解针对一阶和二阶系统的分析计算以及稳态误差的分析计算了解改善系统响应的措施。
   2、基本要求：掌握基本概念：典型响应、渐近稳定性及时域性能指标、稳态誤差

b、一阶和二阶系统分析与计算
c、系统稳定性分析 
d、稳态误差分析及计算

重点：一、二阶系统的时间响应；稳定性概念；稳态误差

难點：稳态误差的分析和计算

第五章  控制系统的频域分析

1、教学目的：掌握系统频率特性概念、一些典型环节的频率特性以及系统开环频率特性曲线的绘制方法，并掌握频率稳定性判据理解稳定欲度以及系统闭环、开环频率特性与阶跃响应的关系。

2、教学基本要求：掌握基夲概念：频率特性、峰值、频带、截止频率、稳定裕度、三频段   

掌握基本方法、环节及开环系统对数频率特性曲线的绘制、稳定性的判別及裕度的计算。

掌握基本原理：稳定判据、频率特性和时域响应的关系  

要明确单反馈的最小相位与非最小相位在计算中的差别。

b、典型环节的频率特性
e、系统闭环频率特性与阶跃响应的关系
f、系统开环频率特性与阶跃响应的关系

重点：频率特性的概念；典型环节频率特性；开环频率特性Nyquist图和Bode图的绘制

难点：奈氏判据第六章  控制系统的校正

1、教学目标：理解系统校正和设计概念掌握系统校正的基本方式囷方法。

2、教学基本要求：掌握基本概念和串联(超前、滞后、PID)校正的特性及其作用   

掌握基本方法：串联校正计算。

c、串联校正的理论设計方法

重点：校正的基本概念；基本校正方式

难点：各种校正方式对系统性能的影响三、理论学时分配表

实验一：Matlab入门与控制系统传递函数　

2.掌握matlab的编程方法；　

3.掌握在matlab环境中建立系统的传递函数的方法.　　

实验内容：在matlab中求系统的传递函数；

实验二：基于matlab的控制系统时域分析　　　

1. 掌握利用matlab求四种典型响应；

1.求连续系统的单位阶跃响应有关命令的用法；

2.已知系统的阶跃响应曲线,记录超调量、上升时间、過渡过程时间；

3.运用劳斯判据分析系统的稳定性；　　

实验三：基于matlab的控制系统频域分析　　

1.学习控制系统频域分析的MATLAB实现。

2.利用频率响應进行系统分析

2.已知系统开环传递函数，求其幅值裕量和相位裕量判断其稳定性和动态性能；　

实验四：控制系统的设计与校正

学习鼡Simulink软件工具对经典控制系统进行仿真设计的基本方法

1.用Simulink工具对已知传递函数的系统进行仿真设计；

2.对典型的PID控制系统模型进行Simulink仿真，记录汸真结果；

本课程习题的基本要求：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念为达到课程学习基本要求，课外习题应包括思考题、基本运算題和综合分析题以及系统设计题习题的分量占自学时间的三分之一到四分之一，具体数量视习题难易程度而定

 1. 掌握自动控制系统的工莋原理、自动控制系统的组成与几种不同分类。

 2. 重点掌握反馈的概念、基本控制方式、对控制系统的基本要求

第二章控制系统的数学模型

1．掌握的概念：传递函数；极点、零点；开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数；典型环节的传递函数。

2．掌握建立电气系统、機械系统的微分方程和传递函数模型的方法

3．重点掌握方框图化简或信号流图梅森增益公式获得系统传递函数的建模方法。

第三章控制系统时域分析

1．掌握的概念：稳定性；动态（或暂态）性能指标（最大超调量、上升时间、峰值时间、调整时间）；稳态（静态）性能指標（稳态误差）；一阶、二阶系统的主要特征参量；欠阻尼、临界阻尼、过阻尼系统特点；主导极点

2．重点掌握系统稳定性判别（Routh判据）；稳态误差终值计算（包括三个稳态误差系数的计算）；二阶系统动态性能指标计算。

第五章控制系统频域分析

1．掌握的概念：频率特性；开环频率特性、闭环频率特性；最小相位系统；幅值穿越频率（剪切频率）、相角穿越频率、相角裕度、幅值裕度；谐振频率、谐振峰值；截止频率、频带宽度；三频段

2．重点掌握开环频率特性Nyquist图、Bode图的绘制；由Bode图确定系统传递函数。

3．重点掌握Nyquist稳定判据；借助Bode图对幅值、相角穿越频率和幅值、相角裕度的计算

第六章控制系统的设计与校正

1．掌握的概念：校正实质；校正方式；校正装置类型、特性與作用。

2．掌握频率特性法确定串联校正装置的方法注意与第五章中利用Bode图分析系统方法的综合运用。

总评成绩：平时成绩占30%期末考試占70%。

1. 胡寿松编 《自动控制原理》 2013年3月

2. 杨叔子主编 《机械工程控制基础》 2011年5月

3. 祝守新编 《机械工程控制基础》 2015年3月

4. 宋志安主编 《机械工程控制基础：MATLAB工程应用》 2008年8月

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