前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基 本方法,就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。 本章讨论另一命题,即如何根据系统预先给定的性能 指标,去设计一个能满足性能要求的控制系统。 基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组 成,当被控对象确定后,对系统的设计实际上归结为对控制 器的设计,这项工作称为对控制系统的校正

采用线性向量空间方法可建立系统的状态空间模型。 状态向量(数组)这一概念很重要,因为它能够完全表示一个系 统的当前状况(状态)

可控性最重要的含义,正如我们前2讲所讨论的那样,是能够确 保我们自由地进行反馈控制系统的设计。尤其是我们知道 反馈控制定理——当且仅当系统状态可控时,任意确定的闭环系 统可以通过状态反馈任意配置极点

一、时域分析法 1 稳定性分析→劳斯判据 2 动态性能→上升时间超调 3 稳态性能→稳态误差

1控制系统的设计 我们已经花了半个学期的时间学习如何分析线性系统,回顾当初 提出反馈的四个初衷:

可控性的基本概念是指我们能够利用输入u()使状态x()达到状 态空间的任意点,主要问题是该系统的结构能否使这一点成为可能 让我们看一些简单的例子来激发我们的讨论 飞行器直线飞行的例子 我们进行系统建模,选择沿路径飞行的距离作为状态x,其导数 (沿路径的速度)为x2,输入是沿此路径的加速度

通过考虑s平面内的D型围线,可以获得一种重要的并且很有用 的控制系统的设计方法。D型围线如下所示: 注意到该曲线的垂直部分穿越了整个虚轴,这也正是我们所知的 G(s)平面上的系统的频率响应

通常,在没有开环极点位于右半平面上的情况下,可以用增益裕 量和相角裕量来评价反馈控制系统的性能。特别地,可以根据-点附 近区域内的奈奎斯特图对系统进行性能评价。 现在考虑-1点到G(jo)曲线上的任一点的向量,它实际上就是 G(jω)+1。因此,频率为ω的闭环响应的模即为这两个向量的比值

1波特图 波特图和极坐标图一样,得到了广泛的使用。你们将发现,波特 图比极坐标图更容易绘制。我们还可以看到,根据波特图可以很快确 定系统各方面的性能

2.1控制系统数学模型的概念 控制理论分析、设计控制系统的第一步是建立实际系统的数学模型。所谓数学模型就是 根据系统运动过程的物理、化学等规律,所写出的描述系统运动规律、特性、输出与输入 关系的数学表达式