【正文】 這就 需要使用以系統(tǒng)內(nèi)部變量為基礎(chǔ)的狀態(tài)變量分析法 狀態(tài)變量分析法。 其為性能指標(biāo)之一。 穩(wěn)定的。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)可以畫出它的方框圖， ⑤研究方便。 形象是針對系統(tǒng)的微分方程而言的。然后用信號 (d)所示 所示。 解各元部件的相互關(guān)系及其在系統(tǒng)中所起的作用。 置引出的信號在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同，如上圖(b)。 變化對系統(tǒng)性能的影響。 變化規(guī)律。 β F2 ( s) 線性定理： L?1 [αF1 (t ) 177。 傳遞函數(shù)在線性系統(tǒng)中一般定義為經(jīng)過某種變換后， 傳遞函數(shù)在線性系統(tǒng)中一般定義為經(jīng)過某種變換后， 系統(tǒng)的輸出量和輸入量之比 在線性定常系統(tǒng)中一般通過拉普拉斯變換來計算傳遞函 在線性定常系統(tǒng)中一般通過拉普拉斯變換來計算傳遞函 拉普拉斯變換來計算 簡化微分方程的求解 的求解。通過對它求解，就可以得到系統(tǒng)在給定輸入 信號作用下的輸出響應(yīng)。系統(tǒng)分 設(shè)計的重點是研究被控量跟隨的快速性和準(zhǔn)確性。 y 嚴(yán)格地說,實際的控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng). 嚴(yán)格地說, 度不太嚴(yán)重的元部件,可采用在一定范圍內(nèi)線性化的方法, 度不太嚴(yán)重的元部件,可采用在一定范圍內(nèi)線性化的方法,從而將 非線性系統(tǒng)近似為線性控制系統(tǒng). 非線性系統(tǒng)近似為線性控制系統(tǒng). 由于非線性方程在數(shù)學(xué)處理上較困難, 由于非線性方程在數(shù)學(xué)處理上較困難,目前對不同類型的 非線性系統(tǒng)的研究還沒有統(tǒng)一的方法. 非線性系統(tǒng)的研究還沒有統(tǒng)一的方法. 四、按系統(tǒng)參考輸入信號的變化規(guī)律不同，控制系統(tǒng)可分為 按系統(tǒng)參考輸入信號的變化規(guī)律不同， 恒值控制系統(tǒng) 隨動系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng). 程序控制系統(tǒng). ⑴ 恒值控制系統(tǒng) 輸入信號是恒定常值，被控量也是一個與之對應(yīng)的常值， 輸入信號是恒定常值，被控量也是一個與之對應(yīng)的常值， 當(dāng)外界有擾動時，系統(tǒng)要求被控量保持為一個恒定的希望值。 是常數(shù)時,稱為定常系統(tǒng) b0,b1,…,bm是常數(shù)時,稱為定常系統(tǒng)。 系統(tǒng)的內(nèi)在信息反映不出來。 分方程，便是元件時域的數(shù)學(xué)模型。 均為常數(shù)，上式就是二階常系數(shù)線性微分方程。描述外力 F(t)和質(zhì)量塊 的位移y F(t)和質(zhì)量塊m的位移y（t） 和質(zhì)量塊m 之間的關(guān)系。這種方法也稱為系統(tǒng)辨 識法。 二、建立數(shù)學(xué)模型的方法 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的要求可采用分析法和實驗法 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的要求可采用分析法和實驗法 1）分析法 分析法是根據(jù)系統(tǒng)和元件所遵循的基本物理規(guī)律來列 分析法是根據(jù)系統(tǒng)和元件所遵循的基本物理規(guī)律來列 寫每一個元件的輸入－輸出關(guān)系式。 是描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式 數(shù)學(xué)模型可以有以下形式： 數(shù)學(xué)模型可以有以下形式： 在經(jīng)典理論中，常用的數(shù)學(xué)模型是微（差）分方程. 在經(jīng)典理論中，常用的數(shù)學(xué)模型是微（ 分方程. 結(jié)構(gòu)圖，信號流圖等均可由方程導(dǎo)出。 該系統(tǒng)對水源水壓這個干擾量未加測量，水源水壓變化引起的誤差只 該系統(tǒng)對水源水壓這個干擾量未加測量， 能由閉環(huán)負(fù)反饋進行抑制。 谷物較濕可減少加水量。 的希望谷物濕度不一致，則產(chǎn)生偏差信號，通過調(diào)節(jié)器控制開大或 的希望谷物濕度不一致，則產(chǎn)生偏差信號， 關(guān)小閥門的開度，改變加水量的大小， 關(guān)小閥門的開度，改變加水量的大小，使谷物濕度向減小偏差的方 向變化。為了 提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制， 提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制， 試畫出系統(tǒng)方塊圖。 例3： 圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。 汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。反之， 當(dāng)合上關(guān)門開關(guān)時，伺服電動機反向轉(zhuǎn)動，帶動絞 當(dāng)合上關(guān)門開關(guān)時，伺服電動機反向轉(zhuǎn)動， 盤使大門關(guān)閉， 盤使大門關(guān)閉，從而實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離自動控制大門開 閉的要求。 控制系統(tǒng)的任務(wù)就是在任何擾動（ 控制系統(tǒng)的任務(wù)就是在任何擾動（如陣風(fēng)或氣流 沖擊）作用下，始終保持飛機以給定俯仰角飛行。 意圖。 意圖。 一般都指負(fù)反饋。 控制。 準(zhǔn)的精度。 自動控制系統(tǒng)按控制方式可主要分為開環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(tǒng) 二、開環(huán)控制系統(tǒng) 電阻絲 調(diào)壓變壓器 輸入 信號 電壓 電爐 爐溫 爐溫控制系統(tǒng) 開環(huán)控制： 開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順 向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。 合過程，因此反饋控制也稱閉環(huán)控制 合過程，因此反饋控制也稱閉環(huán)控制。 執(zhí)行元件—電機和閥（直接驅(qū)動被控對象，以改變被控制量）。 2) 將測得實際液面h1與希望液面的高度h0相比 將測得實際液面h 與希望液面的高度h ——用腦 用腦。 第二章 自動控制系統(tǒng) 第一節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本概念與組成 第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類 第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和方塊圖 第五節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本分析方法 第一節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本概念與組成 一、自動控制系統(tǒng)基本概念 自動控制：（Automatic control）是指在沒有人直 control） 自動控制： 接參與的條件下，利用控制器(外加的設(shè)備或裝置) 接參與的條件下，利用控制器(外加的設(shè)備或裝置)使 被控制對象（如機器、設(shè)備和生產(chǎn)過程） 被控制對象（如機器、設(shè)備和生產(chǎn)過程）的某個參數(shù) 或工作狀態(tài)，即被控量） （或工作狀態(tài)，即被控量）能自動按照預(yù)定的規(guī)律變 或運行）。系 統(tǒng)具有高精度和高效能的特點。 從1960年至今，確定性系統(tǒng)、隨機系統(tǒng)的最佳控制， 1960年至今 確定性系統(tǒng)、隨機系統(tǒng)的最佳控制， 年至今， 及復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和智能控制技術(shù)， 及復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和智能控制技術(shù)，都得到充分的 研究。 berlin express 5）隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在船舶上所安裝 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展， 的專家系統(tǒng)可賦予船舶智能化的邏輯思維和決策 功能，從而實現(xiàn)船舶的航行操縱和營運自動化的 功能，從而實現(xiàn)船舶的航行操縱和營運自動化的 智能管理。 1970年 日本“星光丸” 1970年 日本“星光丸”的竣工開創(chuàng)駕機合一的新時 代 星光丸 最早的超自動化油輪 4）1979年誕生了高度合理化的超自動化船，即 1979年誕生了高度合理化的超自動化船， 年誕生了高度合理化的超自動化船 第四代自動化船。 在駕駛室可進行主機遙控 金華山丸 日本 商船三井 最早的自動化船 春日山丸 金華山丸的姊妹船 ：60年代中期 60年代中期 時間： 第二代自動化船舶 代表船舶：1964年由荷蘭委托日本建造的 型油輪 年由荷蘭委托日本建造的65 代表船舶：1964年由荷蘭委托日本建造的65型油輪 特點：以無人機艙為核心。 3)運行情況的集中監(jiān)視和自動調(diào)節(jié) 處理。 終考核成績。 本文由百慕大的海賊貢獻 ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。 其中課程結(jié)業(yè)考試成績占總成績的80％ 其中課程結(jié)業(yè)考試成績占總成績的80％ 課程結(jié)業(yè)考試成績占總成績的 平時考核成績成績占總成績的20％ 平時考核成績成績占總成績的20％ 考核成績成績占總成績的 平時考核成績由考勤和平時提問組成 缺勤一次，平時成績扣二十分 缺勤一次， 第一章 航海自動化概況 第一節(jié) 船舶自動化發(fā)展概況 第二節(jié) 船舶自動化基礎(chǔ)概述 第一節(jié) 航海自動化概況 一、船舶自動化的概念 自動控制：在無人直接參加的情況下， 自動控制：在無人直接參加的情況下，利用控制裝 置使被控對象和過程自動地按預(yù)定規(guī)律變化的控制過 程。 3)運行情況的集中監(jiān)視和自動調(diào)節(jié)、處理。 特點：以無人機艙為核心。 第四代自動化船。 智能管理。 研究。 統(tǒng)具有高精度和高效能的特點。 化（或運行）。 較——用腦。 上述系統(tǒng)，取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號 上述系統(tǒng)，取出輸出量送回到輸入端， 相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋 反饋。 反饋控制系統(tǒng)基本組成 典型反饋控制系統(tǒng)基本組成可用上面的方塊圖表示。 向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。 沒有自動修正偏差的能力，抗擾動性較差。 三、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制： 閉環(huán)控制：是指控制器與控制對象之間既有順向作用又有反向 聯(lián)系的控制過程。 可得閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本原理框圖 特點：不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時， 特點：不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時，必定 會產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差， 減小或消除這個偏差 會產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控量 與期望值趨于一致。 飛機自動駕駛儀是一種能保持或改變飛機飛行 狀態(tài)的自動裝置。 垂直陀螺儀是測量元件用以測量飛機的俯仰角，當(dāng)飛機 垂直陀螺儀是測量元件用以測量飛機的俯仰角， 以給定俯仰角水平飛行時，陀螺儀電位器無電壓輸出； 以給定俯仰角水平飛行時，陀螺儀電位器無電壓輸出； 如果飛機受到擾動，使俯仰角向下偏離期望值，陀螺儀 如果飛機受到擾動，使俯仰角向下偏離期望值， 電位器輸出與俯仰角偏差成正比的信號， 電位器輸出與俯仰角偏差成正比的信號，經(jīng)放大器放大后 驅(qū)動舵機，一方面推動升降舵面向上偏轉(zhuǎn)， 驅(qū)動舵機，一方面推動升降舵面向上偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生使飛機抬 頭的轉(zhuǎn)矩，以減小俯仰角偏差； 頭的轉(zhuǎn)矩，以減小俯仰角偏差； 同時還帶動反饋電位器滑臂， 同時還帶動反饋電位器滑臂，輸出與舵偏角成正比的電 壓并反饋到輸入端。 沖擊）作用下，始終保持飛機以給定俯仰角飛行。 閉的要求。冷水流量變化用流量計測量。在谷物磨粉 圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。 試畫出系統(tǒng)方塊圖。這是通過閉環(huán)負(fù)反饋減少偏差的過程， 向變化。這是通過開環(huán)控制的方式進行補償。在加水量相同的情況下，谷物流量的大小 能由閉環(huán)負(fù)反饋進行抑制。這種模型主要 結(jié)構(gòu)圖，信號流圖等均可由方程導(dǎo)出。 寫每一個元件的輸入－輸出關(guān)系式。 識法。 之間的關(guān)系。 比較上面兩個微分方程 d 2uo (t ) du (t ) LC + RC o + uo (t ) = ui (t ) dt 2 dt d 2 x(t ) dx(t ) +f + Kx(t ) = F (t ) m 2 dt dt 物理結(jié)構(gòu)不同的元件或系統(tǒng),可以具有相同形式的數(shù)學(xué)模型。 一般應(yīng)將微分方程寫為標(biāo)準(zhǔn)形式，即與輸入量有關(guān) 一般應(yīng)將微分方程寫為標(biāo)準(zhǔn)形式， 的項寫在方程的右端， 的項寫在方程的右端，與輸出量有關(guān)的項寫在方程的 左端，方程兩端變量的導(dǎo)數(shù)項均按降冪排列。 由于分析法 由于分析法可以彌補試驗法所得的模型在反映內(nèi)在機理 分析法可以彌補試驗法所得的模型在反映內(nèi)在機理 方面的不足。系數(shù)a0,a1,…,an； 時變系統(tǒng). 隨時間t變化時,稱為時變系統(tǒng) b0,b1,…,bm隨時間t變化時,稱為時變系統(tǒng). 2. 線性定常離散系統(tǒng) 離散系統(tǒng)指系統(tǒng)的某處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形 離散系統(tǒng)指系統(tǒng)的某處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形 因而信號在時間上是離散的，連續(xù)信號經(jīng)采樣 采樣轉(zhuǎn)換成離散 式,因而信號在時間上是離散的，連續(xù)信號經(jīng)采樣轉(zhuǎn)換成離散 信號。 當(dāng)外界有擾動時，系統(tǒng)要求被控量保持為一個恒定的希望值。例如， 析、設(shè)計的重點是研究被控量跟隨的快速性和準(zhǔn)確性。 信號作用下的輸出響應(yīng)。 數(shù)和簡化微分方程的求解。 βF2 (t )] = αf1 ( s ) 177。 R ui ( t) L i(t ) uo(t C ) 解 在例21中得網(wǎng)絡(luò)微分方程為 在例2 對網(wǎng)絡(luò)微分方程兩邊求拉氏變換并代入已知數(shù)據(jù)， 對網(wǎng)絡(luò)微分方程兩邊求拉氏變換并代入已知數(shù)據(jù)，經(jīng)整理后有 在上式中，前兩項是由網(wǎng)絡(luò)輸入電壓產(chǎn)生的輸出分量， 在上式中，前兩項是由網(wǎng)絡(luò)輸入電壓產(chǎn)生的輸出分量， 與初始條件無關(guān)，故稱為零初始條件響應(yīng)； 與初始條件無關(guān)，故稱為零初始條件響應(yīng)；后一項則是由初 始條件產(chǎn)生的輸出分量，與輸入電壓無關(guān)， 始條件產(chǎn)生的輸出分量，與輸入電壓無關(guān)，故稱為零輸入響 它們統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)的單位階躍響應(yīng)。傳遞函數(shù)是經(jīng)典控制理論中最 基本和最重要的概念。 比較點(綜合點) 對兩個以上的信號進行加減運算, ⑶ 比較點(綜合點) . 對兩個以上的信號進行加減運算, “+”號 表示相加， 號表示相減， +”號可省略 號可省略， 上圖c)。而 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以方便地求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 線按信號流向依次將各方框 連接起來， 連接起來，便得到無源網(wǎng)絡(luò) 的結(jié)構(gòu)圖，見圖214(e). 的結(jié)構(gòu)圖，見圖2 圖214 RC無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 方框圖的特點 ①方框圖是從實際系統(tǒng)抽象出來的數(shù)學(xué)模型，不代表實際的 方框圖是從實際系統(tǒng)抽象出來的數(shù)學(xué)模型， 物理結(jié)構(gòu)。 方框圖的流向是單向不可逆的。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)可以畫出它的方框圖，通 過方框圖簡化，不難求得系統(tǒng)的輸入、 輸出關(guān)系， 過方框圖簡化 ， 不難求得系統(tǒng)的輸入 、 輸出關(guān)系 ， 在此基礎(chǔ) 無論是研究整個系統(tǒng)的性能， 上 ， 無論是研究整個系統(tǒng)的性能 ， 還是評價每一個環(huán)節(jié)的作 用都是很方便的。 ⑵ 快速性 控制系統(tǒng)不僅要穩(wěn)定, 控制系統(tǒng)不僅要穩(wěn)定,還必須對其過渡過程的形式 和快慢提出要求,一般稱為動態(tài)性能 動態(tài)性能, 和快慢提出要求,一般稱為動態(tài)性能, 如對于穩(wěn)定的高 射炮射角隨動系統(tǒng)，雖炮身最終能跟蹤目標(biāo)， 射炮射角隨動系統(tǒng)，雖炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但若目標(biāo) 變動迅速，而炮身跟蹤目標(biāo)所需過渡過程時間過長， 變動迅速，而炮身跟蹤目標(biāo)所需過渡過程時間過長，就 不可能擊中目標(biāo)。 系統(tǒng)振蕩次數(shù)N 系統(tǒng)振蕩次數(shù) 它是指在過渡時間內(nèi) ， 輸出 量在系統(tǒng)上下擺動的次數(shù) 。 需要使用以系統(tǒng)內(nèi)部變量為基礎(chǔ)的狀態(tài)變量分析法。 研究，以便設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參量達(dá)到最優(yōu)控制。 對 于穩(wěn)定系統(tǒng)而言 ， 第一次超 調(diào)量為輸出最大超調(diào)量 ， 取 其為性能指標(biāo)之一。所謂系統(tǒng)穩(wěn)定， 就是當(dāng)系統(tǒng)受到擾動的作用后， 就是當(dāng)系統(tǒng)受到擾動的作用后，系統(tǒng)的被控制量雖然偏 離的原有的平衡狀態(tài)，但當(dāng)擾動撤離， 離的原有的平衡狀態(tài)，但當(dāng)擾動撤離，經(jīng)過一定長的時 間后，如果系統(tǒng)仍能回到原有的平衡狀態(tài)， 間后，如果系統(tǒng)仍能回到原有的平衡狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是 穩(wěn)定的。 研究方便。 更直觀 、 更 形象是針對系統(tǒng)的微分方程而言的。設(shè)電路中各變 量如圖中所示， 量如圖中所示，應(yīng)用復(fù)阻