自動控制原理
自控控制是指在沒有人的直接干預下，利用物理裝置對生產裝置或工藝過程進行合理的控制，使被控制的物理量保持恆定，或者按照一定的規律變化。
反饋的輸出量與輸入量相減，稱為負反饋；反之，則稱為正反饋。
自動控制原理系統基本組成示意圖
測量元件：測量被控物件的需要控制的物理量，如果這個物理量是非電量，一般需要轉化為電量。
給定元件：給出與期望的被控量相對應的系統輸入量。
比較元件：把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的輸入量進行比較，求出它們之間的偏差。
放大元件：將比較元件給出的偏差進行放大，用來推動執行元件去控制被控物件。
執行元件：直接作用於被控物件，使其被控量發生變化，達到預期的控制目的。
校正元件：也稱補償元件，它是結構或引數便於調整的元件。
對自動控制系統效能的基本要求：穩定性、快速性、準確性
系統的傳遞函式：線性系統，在零初始條件下，輸出訊號的拉普拉斯變換與輸入訊號的拉普拉斯變換之比。
典型環節：
比率環節：
慣性環節：
積分環節：
微分環節：
一階微分環節：
振盪環節：
延遲環節：
數學模型：微分方程、傳遞函式、結構圖、訊號流圖、頻率特性等
結構圖的等效變換：（例）
無源電氣網路的傳遞函式：p46習題2.7
用梅森公式求系統的閉環傳遞函式：p38例2.9
第三章：
典型輸入訊號：
動態效能指標：
■ 1．延遲時間td：響應曲線第一次達到穩態值的一半所需的時間，叫延遲時間。
■ 2．上公升時間tr：響應曲線從穩態值的10%上公升到90%所需的時間。對於有振盪的系統，也可定義為響應從零第一次上公升到穩態值所需的時間。
■ 3. 峰值時間tp：響應曲線超過其穩態值達到第乙個峰值所需要的時間。
■ 4. 調節時間ts：指響應到達並保持在穩態值或內所需的時間。
■ 5. 超調量：指響應的最大偏離量h(tp)與穩態值的差與穩態值的比，用百分號來表示，即
■ 6．振盪次數: ：是指在調節時間ts內，h(t)波動的次數。
穩態效能指標：穩態誤差
一階系統單位階躍相應曲線二階系統在不同值得瞬態相應曲線
二階系統階躍響應的效能指標： 臨界阻尼 ；過阻尼；欠阻尼
超調量只是的函式，阻尼比越小超調量越大
左圖為：阻尼比與超調量之間的關係
調節時間的計算：
勞斯判據：系統特徵方程序的根全部都再s左半平面的充分必要條件是勞斯表的第一列係數全部為正數。如果勞斯表第一列出現小於零的數值，系統就不穩定，且第一列各係數符號的改變次數，代表特徵方程序的正實部根的數目。
（p66）
掌握繪製系統根軌跡的基本法則
對於穩定的系統，閉環主導極點越遠離虛軸，即閉環主導極點的實部絕對值越大，系統振盪越嚴重，從而系統超調量增大，振盪次數增多，引起系統的調整時間增加。
常見的開環零極點分布及相應的根軌跡圖（p101）
作業4-4（p120）答案：
]慣性環節的伯德圖
nyquist圖繪製方法：
1 寫出a(ω) 和(ω) 的表示式；
2 分別求出ω = 0和ω =+∞ 時的g(jω)；
3 求nyquist圖與實軸的交點；
4 如果有必要，可求nyquist圖與虛軸的交點，交點可利用g(jω)的實部re[g(jω)]=0的關係式求出，也可利用∠g(jω) = n·90°(其中n為正整數)求出；
5 必要時畫出nyquist圖中間幾點；
6 勾畫出大致曲線。
系統各頻段的作用：
低頻段：系統的穩定性能
中頻段：系統的動態效能
高頻段：系統的抗干擾能力
例題5-4（p139）
例題5-8（p152） 重要
串聯超前校正和串聯滯後校正方法的適用範圍和特點：
（1）超前校正是利用超前網路的相角超前特性對系統進行校正，而滯後校正則是利用滯後網路的幅值在高頻衰減特性。
（2）用頻率法進行超前校正，指在提高開環對數幅頻漸進線在截止頻率處的斜率(-40db/dec提高到-20db/dec)，和相位裕度，並增大系統的頻頻寬度。頻帶的變寬意味著校正後的系統響應變快，調整時間縮短。
（3）對同一系統超前校正系統的頻頻寬度一般總大於滯後校正系統，因此，如果要求校正後的系統具有寬的頻帶和良好的瞬態響應，則採用超前校正。當雜訊電平較高時，顯然頻帶越寬的系統抗雜訊干擾的能力也越差。對於這種情況，宜對系統採用滯後校正。
（4）超前校正需要增加乙個附加的放大器，以補償超前校正網路對系統增益的衰減。
（5）滯後校正雖然能改善系統的靜態精度，但它促使系統的頻帶變窄，瞬態響應速度變慢。如果要求校正後的系統既有快速的瞬態響應，又有高的靜態精度，則應採用滯後-超前校正。
工程最佳系統：二階工程最佳系統、三階工程最佳系統、四階工程最階系統。
取樣定理：
若已知連續訊號的最大角頻譜為，取樣週期為，則當取樣週期滿足時，取樣訊號才能較好地復現連續函式的形式。
離散系統的數學模型：差分方程、脈衝傳遞函式（差分方程通過z變換得到脈衝傳遞函式）
非線性系統的分析方法：描述函式法、相平面法
自動控制系統
忽略阻尼轉矩和扭轉彈性轉矩，運動控制系統的簡化運動方程式：
生產機械的負載轉矩特性：恆轉矩負載，恆功率負載，風機、幫浦類負載
直流調速系統的可控直流電源：
①閘流體整流器-電動機調速系統（v-m系統）；
②pwm變換器-電動機系統。
為了避免或減輕電流脈動的影響，需採用抑制電流脈動的措施，主要有：
①增加整流電路相數，或採用多重化技術；
②設定電感量足夠大的平波電抗器。
v-m系統機械特性：
與v-m系統相比，直流pwm調速系統在很多方面有較大的優越性：
①主電路簡單，需要的電力電子器件少；
②開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電動機損耗及發熱都較小；
③低速效能好，穩速精度高，調速範圍寬；
④若與快速響應的電動機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗擾能力強；
⑤電力電子開關器件工作在開關狀態，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高；
⑥直流電源採用不控整流時，電網功率因數比相控整流器高。
轉速控制的要求和穩態調速效能指標：
1.調速範圍：
2.靜差率：
3.調速範圍、靜差率和額定速降之間的關係：
例題2-2（重要）
某龍門刨床工作台拖動採用直流電動機，其額定資料如下：60kw，220v，305a，1000r/min，採用v-m系統，主電路總電阻r=0.18ω，電動機電動勢係數ce=0.
2vmin/r。如果要求調速範圍d=20，靜差率s≤5%，採用開環調速能否滿足？若要滿足這個要求，系統的額定速降δnn最多能有多少？
解:當電流連續時，v-m系統的額定速降為
開環系統在額定轉速時的靜差率為
如要求，，即要求
圖2-19 轉速負反饋閉環直流調速系統穩態結構框圖
圖2-22 直流電動機動態結構框圖的變換
圖2-23 轉速反饋控制直流調速系統的動態結構框圖
在同樣的負載擾動下，開環系統的轉速降落與閉環系統的轉速降落的關係是：
例題2-3（重要）
在例題2-2中，龍門刨床要求d=20，s≤5%，已知 ks=30,α= 0.015vmin/r，ce=0.2vmin/r，採用比例控制閉環調速系統滿足上述要求時，比例放大器的放大係數應該有多少？
開環系統額定速降為，
閉環系統額定速降須為，由式（2-48）可得
代入已知引數，則得：
即只要放大器的放大係數等於或大於46。
反饋控制規律：
①比例控制的反饋控制系統是被調量有靜差的控制系統；
②反饋控制系統的作用是：抵抗擾動, 服從給定；反饋控制系統所能抑制的只是被反饋環所包圍的前向通道上的擾動。
③系統的精度依賴於給定和反饋檢測的精度。
比例控制閉環直流調速系統的動態穩定性其穩定條件：
pi控制優點：
pi控制綜合了比例控制和積分控制兩種規律的優點，又克服了各自的缺點。
比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩態偏差。
pi調節器的傳遞函式：
由擾動引起的穩態誤差取決於誤差點與擾動加入點之間的傳遞函式。
測速方法：m法測速（高速）、t法測速（低速）、m/t法測速
為了解決轉速反饋閉環調速系統起動和堵轉時電流過大的問題，系統引入電流截止負反饋。
從閉環結構上看，電流環在裡面，稱作內環；轉速環在外邊，稱作外環。
引數計算：
圖3-6 雙閉環直流調速系統起動過程的轉速和電流波形
雙閉環直流調速系統的起動過程有以下三個特點：
（1）飽和非線性控制；
（2）轉速超調；
（3）準時間最優控制。
轉速調節器的作用：
（1）轉速調節器是調速系統的主導調節器，它使轉速n很快地跟隨給定電壓變化，穩態時可減小轉速誤差，如果採用pi調節器，則可實現無靜差。
（2）對負載變化起抗擾作用。
（3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。
電流調節器的作用：
（1）作為內環的調節器，在轉速外環的調節過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環調節器的輸出量）變化。
（2）對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。
（3）在轉速動態過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態過程。
（4）當電動機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統立即自動恢復正常。這個作用對系統的可靠執行來說是十分重要的。
控制系統的動態效能指標：
1.跟隨效能指標
（1）上公升時間
（2）超調量與峰值時間
（3）調節時間
2.抗擾效能指標
（1）上公升時間
（2）恢復時間
圖3-10 典型ⅰ型系統
a)閉環系統結構圖
b)開環對數頻率特性
圖3-13 典型ⅱ型系統
(a)閉環系統結構圖 (b)開環對數頻率特性
可逆pwm變換器的控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種。
了解v-m可逆直流調速系統中的環流問題（p103）
圖4-13 配合控制的三相零式反併聯可逆線路的瞬時脈動環流（）
(a)三相零式可逆線路和瞬時脈動環流迴路
(b)時整流電壓波形
(c) 時逆變電壓波形
(d)瞬時電壓差和瞬時脈動環流波形
直流平均環流可以用配合控制消除，而瞬時脈動環流卻是自然存在的。為了抑制瞬時脈動環流，可在環流迴路中串入電抗器，稱做環流電抗器，或稱均衡電抗器。
當可逆系統中一組閘流體工作時（不論是整流工作還是逆變工作），如用邏輯關係控制使另一組處於完全封鎖狀態，就可徹底斷開環流的通路，確保兩組閘流體不同時工作，這就是邏輯控制的無環流可逆系統。（p106）
自控原理複習材料
3603a黨支部供 第一章自動控制的一般概念 1 概念 自動控制的任務 使被控物件的被控量等於給定值。自動控制系統 是指能夠完成自動控制任務的裝置，一般由控制裝置和被控物件組成。2 自動控制的基本方式 3 本章重點 根據已知自動控制系統，能夠畫出系統的方框圖，清楚系統屬於何種控制方式，並能找出被控物...
自控原理試卷解答
南方冶金學院考試試題 參 八 考試科目 自動控制原理考試日期 年月日 班級學號姓名成績 1 控制系統結構圖如圖所示。試通過結構圖等效變換求系統傳遞函式c s r s 解 s 2 試繪製系統結構圖對應的訊號流圖，並用梅遜增益公式求傳遞函式c s r s 解 對應的系統訊號流圖為 從訊號流圖可見，此系統...
自控原理實驗報告
第六次實驗 實驗六 二階閉環系統的頻率特性曲線 一 實驗目的 1 了解和掌握i型二階閉環系統中的對數幅頻特性的計算。2 了解和掌握欠阻尼i型二階閉環系統中的自然頻率 阻尼比對諧振頻率和諧振峰值的影響，及和的計算。3 了解和掌握i型二階閉環系統對數幅頻曲線的構造及繪製方法。二 實驗要求 在實驗箱上按照...