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控制工程基础课程总结控制系统控制系统的概念对控制系统的基本要求《控制工程基础》课程的基本内容分析设计控制系统的组成工作原理控制系统的分类稳定性准确性快速性时域分析法频域分析法校正常用校正方式PID校正超前校正滞后——超前校正滞后校正一、控制系统的概念1.工作原理：首先检测输出量的实际值，将突际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差值,再用偏差值产生控制调节信号去消除偏差。闭环控制系统一般由给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正元件等组成。其中校正元件是为保证控制质量，使系统获得良好的动、静态性能而加入系统的，但是否需要视系统实际情况而定。2.闭环控制系统的组成：3.反馈的概念输出量通过检测装置将信号返回输入端，并与输入量进行比较的过程。4.控制系统的分类（1）按系统有无反馈分——开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统（2）按系统输入量的特征分——恒值控制系统、程序控制系统、随动控制系统（3）按系统中传递信号的性质分——连续控制系统、离散控制系统（4）按系统部件属性分——机械控制系统、电气控制系统、液压控制系统、热力控制系统等。工作原理：浮子检测实际水位，反馈到控制器并与希望水位比较得偏差，根据偏差大小控制电动阀门,从而控制水箱的水位。工作原理：仪表检测实际液位，眼睛观测反馈到大脑并与希望液位比较得偏差，根据偏差大小手控制阀门控制水箱的液位，以纠正偏差。二、对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求是稳定性、准确性、快速性。其分析方法为时域分析法、频域分析法（一）分析基础1．数学模型的建立（1）什么叫数学模型？描述系统输入、输出量以及内部各变量之间关系的数学表达式。（2）数学模型的建模方法有：解析建模法、实验建模法（3）建模实例（3）实例建模LCRu0(t)ui(t)（3）建模实例mKCfi(t)x0(t)2．拉氏变换与反变换3．方框图简化（二）时域分析法1．何谓时间响应？2．何谓典型信号？常见的典型信号有那些？3．一阶系统的时间响应（1）一阶系统的单位阶跃响应（2）一阶系统的单位脉冲响应输入信号：输出：输入信号：输出：（1）典型函数的拉氏变换（2）拉氏变换定理（3）一阶系统的单位速度响应输入信号：输出：系统对输入信号导数的响应等于系统对该输入信号响应的导数。系统对输入信号积分的响应等于系统对该输入信号响应的积分，其积分常数由初始条件确定。时间常数T反映了一阶惯性环节的固有特性，其值越小，系统惯性越小，响应越快。4．二阶系统的时间响应1Mptrtpts0txo(t)允许误差??=0.05或0.02上升时间：峰值时间：调整时间：最大超调量：振荡次数：快速性平稳性（1）阻尼比ξ的大小→特征根的性质（2）二阶系统的单位阶跃响应欠阻尼状态：响应曲线以ωd为频率的衰减振荡曲线，且随ξ的减小、振荡振幅增大。临界阻尼状态：无振荡、无超调的单调上升曲线。过阻尼状态：无振荡、无超调的单调上升曲线。（2）稳态误差的计算一般方法稳态误差系数法00II型?0I型??0型单位加速度输入单位速度输入单位阶跃输入系统类型5．稳态误差（1）稳态误差的概念输出实际值与期望值之差。稳态误差是系统误差信号的稳态值，即：稳态误差取决于G(s)H(s)—系统的结构与参数及输入信号（1）稳定性的概念（什么叫稳定性）稳定性就是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。（2）系统稳定的充分必要条件不论系统特征方程的特征根为何种形式，线性系统稳定的充要条件为：所有特征根均为负数或具有负的实数部分；即：所有特征根均在复数平面——[s]平面的左半平面。6．稳定性分析系统在多个信号共同作用下总的稳态偏差（误差）等于多个信号单独作用下的稳态偏差（误差）之和。如：总的稳态偏差：（3）劳斯判据劳斯阵列中第一列所有元素的符号均为正号。稳定性是系统自身的固有特性，它只取决于系统本身的结构和参数，而与初始条件、外作用无关；稳定性只取决于系统极点（特征根），而于系统零点无关。（三）频域分析法1.频率响应及频率特性稳定的系统对正弦输入的稳态响应，称为频率响应。线性稳定系统在正弦信号作用下，当频率从零变化到无穷时，稳态输出与输入的幅值比、相位差