自动控制课程设计--自动控制系统稳定性分析方法简介

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1、 自自动动控控制制课课程程设设计计 题 题目目：自自动动控 控制制系系统统稳稳定 定性性分分析析方方法 法简简介介 前前前 言言言 自动控制系统的应用领域 随着科学技术的发展，自动控制技术已经深入而有广泛地应用于诸多领域。例如：在工 业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压 力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用 数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统， 以及具有控制与管 理双重功能的过程控制系统。 在农业方面的应用包括水位自动控制系统、 农业机械的自动操 作系统等。 在军事技术方面，自动

2、控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与 控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导 航系统、遥控系统和各种仿真器。 此外，在办公室自动化、图书管理 、交通 生物、医学、生态、经济、管理、日常家务 等诸多领域。 自动控制系统的发展 控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构 成了控制系统的前身。 在冶金、 电力、 石油、 化工、 轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。 而当今的自动控制系统科学已经发展到以复杂系统为研究对象的智能控制阶段， 并且具有各 种不同的研究方向。 自动控制系统的优点 在没有人的直接

3、参与的条件下，借助控制器及其他控制装置、使机器、设备或生产过程 及及表工况的参数，在各种扰动的作用下，仍能自动地按照预定的规律和参数运行。 自动控制系统的重要性和好处 在科学技术高度发展的今天，自动控制技术起着非常重要的作用。被大量应用于工农业 生产、医疗卫生、军事工业、航天航空、科学研究等领域，特别是空间技术和核心技术。在 生产中实现可自动化，提高了生产效率和质量，尤其是人不能直接参与的工作场合，就更离 不开自动控制技术了。 目目 录录 1 课程设计的目的及意义课程设计的目的及意义 1 2 课程设计总体思路介绍课程设计总体思路介绍 1 3 稳定性分析方法简介稳定性分析方法简介 . 1 3.1

4、 时域分析方法 1 3.1.1 利用充要条件判断系统的稳定性 2 3.1.2 利用劳斯判据判断系统的稳定性 3 3.2 频域分析方法 . 8 3.2.1 利用奈奎斯特稳定判据判断系统的稳定性 8 3.2.2 利用对数稳定判据判断 10 3.2.3 利用稳定裕量判断 11 4 时域分析和频域分析的比较时域分析和频域分析的比较 . 13 4.1 频域特性与系统性能的关系 . 13 4.2 频域性能指标与时域性能指标之间的关系 14 4.2.1 二阶系统 . 14 4.3 时域分析方法适用范围与优缺点 16 5 结论结论 17 参考文献参考文献. 18 1 1 自动控制系统稳定性分析方法简介自动控制

5、系统稳定性分析方法简介 1 课程设计的目的及意义课程设计的目的及意义 1.1 通过本次课程设计，能够培养自己理论联系实际的设计思想，训练自己综合运用经典 控制理论和相关课程知识的能力。 1.2 掌握自动控制原理中各种系统稳定性的方法，根据不同的系统性能指标要求进行合理 的系统设计，并调试满足系统的指标。 1.2.1 进一步加深对 MATLAB 软件的认识和理解，学会使用 MATLAB 语言来进行系统建模、 系统校正中的性能参数的求解、以及系统仿真与调试。此外，学生还可以通过本次设计来锻 炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。 2 课程设计总体思路介绍课程设计总体思路介绍 2.1 一阶系统

6、的时域分析、二阶系统的时域分析。 2.2 系统稳定性的充要条件 线性系统稳定的充要条件： 系统瞬态响应的闭环极点全部在复数根平面的左半平面， 即 所有闭环特征根均具有负实部。 2.2 .1 应用 MATLAB 的 step 函数可以绘制二阶系统阶跃响应曲线， 了解二阶系统两个重要 参数和 Wn 对系统动态特性的影响。 通过对二阶系统阶跃响应的测定， 还可以用 damp 求其 函数控制系统的性能参数， 得出阻尼比与二阶系统阶跃响应的关系、 无阻尼振动频率与二阶 系统阶跃响应的关系、 3 稳定性分析方法简介稳定性分析方法简介 3.1 时域分析方法时域分析方法 定义：时域分析方法是根据系统的微分方程模型，在时间域上对系统的性能进行分析的 方法。 2 2 3.1.1 利用充要条件判断系统的稳定性利用充要条件判断系统的稳定性 线性系统稳定的充要条件： 系统瞬态响应的闭环极点全部在复数根平面的左半平面， 即 所有闭环特征根均具有负实部。 若闭环特征根中有一个落在根平面的右半平面， 即特征根具 有正实部，该系统是不稳定的;若闭环特征根具有零实部，即根落在虚轴上，则系统处于临 界稳定状