控制系统设计：性能指标与稳定性分析

"自动控制原理课件：6-2 性能指标与系统设计的基本思路.pdf" 这篇自动控制原理的课件主要讲述了控制系统的设计与校正，特别关注了性能指标和设计过程中的基本思路。首先，它介绍了控制系统设计的两个主要任务：系统分析和系统设计。其中，系统分析涉及对系统行为的理解，而系统设计则需满足多种性能指标，同时也需要考虑成本、尺寸、质量和环境适应性等实际因素。 课件中提到了一个具体的例子，涉及一个单位反馈系统的开环传递函数。在单位斜坡输入下，系统要求稳态误差不超过1%且相位裕度至少为45度。通过对传递函数的分析，计算得出系统控制器的增益K应满足一定的条件，以确保稳定性及性能要求。当K的值达到一定界限时，系统会进入不稳定区域，这时需要通过加入校正装置来改善系统性能。 课程内容强调了根轨迹分析在系统设计中的重要性，通过rlocus函数绘制根轨迹并使用rltool工具进行分析，可以直观地观察系统动态性能的变化。此外，还提到了时域特性、根轨迹特性和频率特性三种设计方法： 1. 时域特性设计法：关注系统稳定性，要求所有闭环极点位于复平面的左半平面，以确保稳定性。同时，通过调整参数，使闭环极点远离虚轴，提高快速性。 2. 根轨迹特性设计法：通过调整系统参数，使根轨迹位于理想的区域内，以实现良好的动态响应，如使复极点位于45度线上，以减小超调并提高快速性。 3. 频率特性设计法：在低频段，期望系统有较高的增益和较大的斜率，以提高稳态精度；在中频段，增益应以20dB/dec的斜率穿越0dB线，保证系统的调整时间；高频段则要求有大的斜率，以增强抗高频干扰的能力。 最后，课件指出控制系统校正不仅包含稳定性、快速性、准确性等方面的优化，还需要考虑对系统参数扰动的不敏感性和对外界干扰的有效抑制。校正方法可能包括串联校正、反馈校正、前馈校正等多种方式，具体选择取决于系统的具体需求和结构特点。 本课件深入浅出地阐述了自动控制系统设计的关键步骤和性能指标的考量，为理解和实践控制系统设计提供了基础理论和实用方法。