闭环控制系统与开环控制系统的分析及应用

"这篇资料主要讨论的是控制系统中的主导极点配置和相位超前网络设计，涉及到了控制系统的稳定性、开环与闭环控制系统的概念及其优缺点，以及一个具体温度控制系统的实例。" 在自动控制理论中，确定期望主导极点的位置是设计控制器的关键步骤，这直接影响到系统的动态性能。在给定的描述中，目标是使系统的超调量不超过5%，并且阻尼比ζ大于0.7，以确保快速响应且无过度振荡。根据这些条件，计算出期望的主导极点位置为1 - 0.8jγ，其中γ为相位超前角度。同时，为了实现相位超前，设置了零点z = -0.8，这样可以引入相位提前，改善系统的瞬态响应。 相位超前网络的极点由相位条件确定，即需要使得系统在特定频率处的相位差为90°到135°。通过计算，得出极点p = -1.5。因此，相位超前网络的传递函数为G(s) = 0.8 / (s + 1.5)，这个函数会使得系统的相位在某些频率下提前，从而改善响应速度。 接着，将这个相位超前网络与原有的系统传递函数G_c(s)相结合，形成了校正后的闭环系统传递函数G_total(s) = G_c(s) * G(s) / (1 + G_c(s) * G(s))，这样的设计可以优化系统的稳定性和动态响应。 在控制系统的基本概念部分，区分了开环和闭环控制系统。开环系统简单、成本低，但控制精度和抗干扰能力较差，而闭环控制系统则具有更高的控制精度，能有效抑制扰动，并通过负反馈减少误差，但其结构复杂，需要考虑稳定性问题。 此外，文中还提供了一个温度控制系统的例子，它包括输入量（给定毫伏信号）、被控量（炉温）、被控对象（加热器）和控制器（电压放大器和功率放大器）。当炉温偏离设定值时，通过比较热电偶输出的电压和给定电压，产生偏差信号，驱动电动机调整调压器，从而使炉温恢复到设定值，实现了闭环控制。 这份资料深入浅出地介绍了控制系统的设计与分析，特别是如何通过配置主导极点来优化系统性能，以及开环与闭环控制系统的特性，并通过实际案例展示了温度控制系统的运作机制。这些知识对于理解和设计自动化控制系统至关重要。