自动控制原理教案-自控学习与解题指导1(2)

产生的偏差电压BG1进↙行放BG2。由BG2对输出电压进行调整，

这里的偏差电压仅随U2变化。由BG1反相放大后产生Uc，这是系统的控制量。通过BG2进行输出电压自动调节，维持U2恒定。

假如U2↙，Ua↙，Ib1↙, Uc↗，Ib2↗，UED↙，U2↗。 若U2↗→Ua↗→Ib1↗→Uc↙→Ib2↙→UED↗→U2↙

图1—6 稳压电源方框图

U1是系统的供电输入电压，若电网波动，也会使U1变化。因此，对系统来说，U1的变化是造成U2电压波动的干扰因素，属于扰动信号，也可以通过反馈回路加以抑制。

2﹑控对象不是一个具体的设备，而是一个稳压过程，被控量是输出电压U2，给定值是Uw，扰动量是U1。当然，当系统输出接负载后，负载的变化，将对输出电压产生直接的影响，是主扰动。

例1-4 角位置随动系统原理图如图1—7所示。

系统的任务是控制工作机械角位置Qc，随时跟踪手柄转角Qr。试分析其工作原理，并画出系统方框图。

图1—7 角位置随动系统原理图

解：1、工作原理：闭环控制。

只要工作机械转角θc与手柄转角θr一致，两环形电位器组成的桥式电路处于平衡状态，无电压输出。此时表示跟踪无偏差。电动机不动，系统静止。

如果手柄转角θr变化了，则电桥输出偏差电压，经放大器驱动电动机转动。通过减速器拖动工作机械向θr要求的方向偏转。当θc=θr时，系统达到新的平衡状态，电动机停转,从而实现角位置跟踪目的。

2、系统的被控对象是工作机械，被控量是工作机械的角位移。给定量

6

是手柄的角位移。控制装置的各部分功能元件分别是：手柄完成给定，电桥完成检测与比较，电动机和减速器完成执行功能。

系统方框图见图1—8。

图1-8 位置随动系统方框图。

第二章自控系统的数学模型

本章讲述的内容很多,牵扯到数学和物理系统的一些理论知识,有些需要进一步回顾,有些需要加深理解，特别是对时间域和复频率域的多种数学描述方法，各种模型之间的对应转换关系，都比较复杂。学习和复习好这些基础理论，对下一步深入讨论自控理论具体方法至关重要。

1、基本要求

（1）确理解数字模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。

（2）了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。

（3）掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构，运动模态与特征根的关系，零输入响应，零状态响应等概念，有清楚的理解。

（4）会用MATLAB方法进行部分方式展开。对低阶的微分方程，能用部分分式展开法或留数法公式进行简单计算。

（5）正确理传递函数的定义、性质和意义，特别对传递函数微观结构的分析要准确掌握。

（6）正确理解由传递函数派生出来的系统的开环传递函数，闭环传递函数，前向传递函数的定义，并对重要传递函数如：控制输入下闭环传递函数，扰动输入下闭环传递数函数，误差传递函数，典型环节传递函数，能够熟练掌握。

（7）掌握系统结构图和信号流图两种数学图形的定义和组成方法，熟练地掌握等效变换代数法则，简化图形结构，并能用梅逊公式求系统传递函数。

（8）正确理解两种数学模型之间的对应关系，两种数学图型之间对应关系，以及模型和图形之间的对应关系，利用以上知识，熟练地将它们进行相互转换。

2、内容提要及小结

7

本章主要介绍数学模型的建立方法，作为线性系统数学模型的形式，介绍了两种解析式和两种图解法，对于每一种型式的基本概念，基本建立方法及运算，用以下提要方式表示出来。

（1）微分方程式

?物理、化学及专业上的??中间变量的作用基本概念??简化性与准确性要求?小偏差线性化理论?基本定律

??原始方程组???线性化?直接列写法???消中间变量??化标准形????C（s)M(s)M(s)?基本方法?由传递函数??C(s)?R(s)? N(s)C(s)?M(s)R(s)??R(s)N(s)N(s)??dp?-1?转换法?Ldt? ???N(p)c(t)?M(p)r(t)????微分方程????由结构图?传递函数?微分方程????由信号流图?传递函数?微分方程?

??零状态解分方程??方程求解?掌握拉氏变换法求解微?零输入解?? 应用??电枢控制直流电动机??常用重要例题建模?磁场控制直流电动机????直流电机调速系统?(2)传递函数

8

?????线性定常系统?C(s)??定义：?比值?零初始条件?R(s)???一对确定的输入输出??零点????? 基本概念?微观结构?极点（零极点分布图与运动????传递函数??????方程式??标准解析式???传递函数????典型环节?零极点分布图??单位阶跃响应特性????????定义法? 基本方法??图解法???由微分方程dt????传递函数s?d模态对应）

化简???传递函数?由结构图???梅逊公式???传递函数?由信号流图???

常用重要公式?G前? （适用于单回路）??G(s)?1?GK??公式??G前?G(s)?? （适用于回路两两交叉）?1－La?? 及传递函数 ? ?C(s)E(s)?控制输入下：G(s)?,G(s)?r?r??R(s)R(s)??重要传递函数???扰动输入下：G(s)?C(s),G?E(s)?d?d?D(s)D(s)???（3）结构图

示?数学模型结构的图形表?基本概念?可用代数法则进行等效变换??构图基本元素4种（方框、相加点、分?由原始方程组画结构图??

??基本方法?用代数法则简化结构图?????由梅逊公式直接求传递支点、支路）?串联相乘??并联相加? ?前向反馈连接＝?1＋开环???相加点和分支点移位函数。

9

注意几点：

1、相加点与分支点相邻，一般不能随便交换。 2、等效原则两条?前向通路的传递函数乘??各回路中传递函数乘积积保持不变保持不变

3、直接应用梅逊公式时，负反馈符号要记入反馈通路中的方框中去。另外对于互不接触回路的区分，特别要注意相加点与分支点相邻处的情况。 4、结构图可同时表示多个输入与输出的关系，这比其它几种解析式模型方便的多，并可由图直接写出任意个输入下总响应。如：运用叠加原理，当给定输入和扰动输入同时作用时，则有C(s)＝Gr(s)R(s)＋Gd(s)D(s) （4）信号流图

?同结构图一致?基本概念??构图元素2种改进二点???有统一的公式求传递函??由原始方程组画信号流?基本方法?结构图翻译成信号流图??代数法则同结构图一致图

数

n重要公式→梅逊公式 梅逊公式G?G?K?1K?K?

注意两点：1、搞清公式中各部分含义；

2、公式只能用于等输入节点与较出节点之间的传播，不能等不含输入节点情况下，任意两混合节点之间的传较。

四种模型之间的转换关系可用图2－81表示

微分方程 传递函数

图2－81 模型转换

结构图 信号流图 10

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库自动控制原理教案-自控学习与解题指导1(2)在线全文阅读。