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第六章复合控制1

6-1引言1

一、开环控制系统和闭环控制系统的局限性1

二、扰动补偿和不变性原理2

三、复合控制系统2

6-2不变性原理的基本理论3

一、控制系统的微分方程3

二、不变性原理的一般数学提法4

三、控制系统的不变性条件9

1.对扰动的补偿条件11

2.对偏差控制系统的误差补偿条件15

四、控制系统的不变性分类16

1.绝对不变性16

2.完全不变性16

3.准确到ε的不变性16

4.准确到高阶无差度的不变性16

5.选择不变性16

6—3控制系统中实现不变性条件的判据16

6—4控制系统中实现不变性条件的结构形形式22

一、扰动的直接测量23

二、扰动的相对测量25

1.相对于控制对象的某物理量来测量扰动25

2.相对于控制器某物理量来测量扰动27

3.相对于控制作用来测量扰动28

三、扰动的间接测量29

1.反馈联接方式29

2.顺馈加反馈的联接方式31

3.顺馈联接方式32

四、对控制信号的间接测量33

6—5复合控制系统的设计计算34

一、复合控制系统设计计算的特点35

二、用误差系数法计算复合控制系统37

三、用对数频率法计算复合控制系统42

1.复合控制系统计算依据的基本关系式43

2.希望等效开环对数幅频特性低频区的绘制44

3.希望等效开环对数幅频特性中频段的绘制49

4.用对数频率法计算复合控制系统举例55

6-6双电机传动复合控制系统61

一、双电机传动装置的特点62

二、复合控制双传动系统的结构形式66

三、复合控制双传动系统的稳态特性67

四、复合控制双传动系统的动态特性73

五、复合控制双传动系统的设计计算问题74

第七章非线性控制系统76

7-1控制系统的非线性及其现象76

一、什么是非线性控制系统76

二、几种常见非线性因素及非线性特性77

1.饱和性77

2.死区（不灵敏区）77

3.机械传动间隙（空回）77

4.磁滞环78

5.摩擦78

6.继电型非线性特性79

三、非线性控制系统的主要特性80

四、非线性控制系统的分析设计方法82

1.线性化法82

2.描述函数分析法（谐波线性化）83

3.相平面法（状态轨跡法84

4.李雅普诺夫第二方法84

7-2非线性控制理论的简要复习84

一、相平面分析法84

1.相平面图84

2.根据相跡图判断系统特性85

二、描述函数分析法87

1.描述函数87

2.用描述函数分析非线性系统稳定性88

三、李普雅诺夫稳定性分析92

1.稳定性定义92

2.用李雅普诺夫第二方法 判断系统稳定性94

7-3非线性因素对系统性能的影响94

一、饱和特性的影响94

二、死区的影响97

三、间隙的影响98

四、摩擦的影响100

7—4消除控制系统中不利的非线性因素102

一、用局部反馈削弱非线性因素102

二、振荡线性化104

1.用振荡方法将干摩擦特性线性化104

2.外加周期振荡消除死区的影响105

3.振荡线性化的其它应用106

7—5非线性控制系统107

一、继电系统107

二、具有非线性增益的控制系统109

1.为使动态性能好采用可变增益的非线性控制系统109

2.为提高稳态精度采用变增益非线性控制系统112

7—6非线性校正113

一、非线性反馈113

二、非线性串联校正115

三、用非线性补偿惯性环节的影响117

7—7控制系统中非线性的其它应用122

一、速度限制122

二、电机力矩限制124

三、反馈电压限制124

第八章自动控制系统的设计问题126

8—1引言126

一、自动控制系统设计的大致内容126

二、技术条件的主要内容127

8—2执行电动机的选择与计算128

一、负载运动分析129

二、执行电动机的选择与计算134

1.力矩电机的选择135

2.一般电机的选择135

三、传动装置的选择问题142

8—3敏感元件与放大装置的选择问题145

8—4用对数频率特性综合校正装置的方法149

一、概述149

二、开环希望对数幅频特性149

三、串联校正装置的综合154

四、负反馈校正装置的综合155

8—5用根轨跡综合校正装置的方法159

一、概述159

二、串联微分校正装置的综合162

三、串联积分校正装置的综合166

四、串联微分积分校正169

五、速度负反馈的综合169

8—6综合校正装置的传递函数法171

一、概述171

二、最优传递函数172

1.阶跃信号作用下的最优传递函数177

2.斜坡信号作用下的最优传递函数177

3.求取最优传递函数的步骤178

三、串联校正装置的综合181

四、状态反馈的设计183

五、部分状态反馈的设计185

8—7关于线性补偿问题的讨论191

一、各种线性补偿措施简评191

1.串联校正191

2.顺馈校正192

3.负反馈校正192

4.正反馈校正194

5.复合控制复194

6.复式反馈（选择性反馈）194

二、用系统灵敏度讨论系统的结构195

第九章自动控制系统的模拟199

9—1概述199

9—2应用电子模拟计算机模拟控制系统200

一、计算机运算放大器的运算原理200

二、系统各基本环节的模拟线路202

1.放大环节（比例环节）202

2.积分环节203

3.微分环节203

4.惯性环节203

5.振荡环节204

6.实际微分环节205

7.实际的一阶微分环节206

8.延时环节207

三、系统各典型非线性的模拟电路210

1.饱和特性210

2.间隙特性211

3.死区特性211

四、按自动控制系统动态环节结构来建立系统的模拟线路212

五、按控制系统的微分方程式建立系统的模拟线路219

六、与实际系统相连接的模拟装置223

七、模拟装置因变量与时间比例尺的确定224

9—3应用数字计算机模拟控制系统226

一、模拟系统的数值解法227

二、连续系统的模拟233

1.微分方程组的建立233

2.程序框图设计234

3.系统数字模拟实例及计算程序234

4.应用阿当姆斯法解系统常微分方程的系统模拟方法243

三、离散系统的模拟248

第十章最优控制系统252

10—1概述252

一、最优控制系统举例252

二、最优控制问题的提法254

三、最优控制系统的分类256

10—2用变分法解最优控制问题258

一、有约束条件极值问题258

二、用古典变分法解Meyar问题260

三、拉格朗日乘子法解最优控制问题264

四、两点说明269

10—3厖德里雅金极大值原理269

一、引进极大值原理269

二、极大值原理273

三、几点说明281

10—4动态规划282

一、最优化原理基本思路283

二、用动态规划解离散型最优化控制问题284

三、哈密顿——雅可比方程，连续控制系统动态规划288

10—5时间最优控制系统291

一、时间最优控制系统291

二、时间最优控制系统设计方法295

10—6快速随动系统303

一、用在线计算机实现时间最优控制的随动系统303

二、时间最优随动系统实用构造法306

三、实现时间最优控制中的几个问题312

10—7具有二次型性能指标的线性最优控制系统313

一、线性最优控制问题提法及解法313

二、黎卡堤（Raccat i）方程314

三、随动系统最优控制问题319

四、两点结论322

第十一章自适应控制系统324

11—1自适应控制系统的一般概念324

11—2模型参考自适应控制327

一、引言327

二、局部参数最优化的设计方法329

1.梯度法329

2.利用灵敏度模型求灵敏度函数的方法设计自适应机构337

三、利用李雅普诺夫第二法设计自适应机构340

1.利用李雅普诺夫第二法设计自适应机构341

2.利用普遍化李雅普诺夫函数的自适应算法344

3.应用实例349

11—3动态过程的参数辨识355

一、引言355

二、动态过程参数估计的最小二乘方法356

三、参数估计的递推最小二乘算法357

四、递推最小二乘算法的计算程序360

五、时变参数的估计（渐消记忆算法）362

六、关于参数最小二乘估计性质的几点说明365

七、参数估计的其它算法366

八、应用举例——电机的参数辨识369

11—4随机自适应控制——自校正调节器372

一、最小方差控制373

二、自校正调节器377

三、自校正调节器应用举例378

附录Ⅰ：信号流图及梅逊公式384

附录Ⅱ：常用无源校正网络简表一386

常用有源校正网络简表二389

附录Ⅲ：开环对数频率特性与闭环对数频率特性对应关系曲线391

附录Ⅳ：拉普拉斯变换简表394

附录Ⅴ：可控性、可观测性395

一、可控性、可观测性的概念395

二、可控性、可观测性的判定396

附录Ⅵ：泛函的极值397

一、泛函及泛函数值概念397

二、泛函极值条件399

三、变分法基本予备定理401