控制新版专业系统设计总结.doc

一. 频谱分析
1. 频谱概念
答：傅里叶级数系数表达了各次谐波幅值和相位，这些系数集合成为频谱。

2. 线状谱，持续谱
答：周期信号对其求傅里叶级数，可得到其频谱，周期信号频谱是离散；
非周期信号普通可视为T→∞周期信号，对其取傅氏变换得到频谱，普通来说，其频谱是持续。非周期信号可以进行周期延拓，这时它频谱就是相应周期信号频谱包络线，但幅值有也许不同。

3. 典型频谱特性（阶跃谱，常值谱，脉冲谱，余弦谱）
答：脉冲信号频谱是一常值A且包括所有频率，频谱丰富。
余弦谱若输入为，则其线谱为 函数（脉冲函数）构成，脉冲函数面积为，即幅值是。
常值谱在所有频段上均为零，仅在零频率（直流）上有一种函数。
阶跃谱有一种持续变化某些和一种函数，函数代表直流分量，其她各次谐波构成以持续谱，持续谱随频率增长不久衰减。（P18）
4. 离散，迅速傅里叶变换区别
答：①DFT为离散傅里叶变换，是用数值计算办法求信号频谱。其普通公式为：

对一段给定信号，在一种周期内取N个采样点，求其离散傅里叶变换，再除以N就可得相应线谱。
②FFT为迅速傅里叶变换，它是为了提高DFT计算效率而提出。对FFT而言，普通规定期间点数为2整多次方，即。
5. 如何变化谱密度
答：线谱之间距离，增大周期T，谱线距离减小，谱密度增大。

6. 频谱参数有什么影响
答：

二．输入信号和跟踪误差
1. 典型输入信号设计
答：系统设计时，输入信号是从工作信号中提取抽象，也就是典型工作信号作为系统设计时输入信号，普通也作为系统鉴定期检测信号。
典型信号拟定P36：①依照系统预定执行任务来拟定
②拟定典型输入时要对实际状况做某些简化

2. 计算误差办法
答：P41；令，当=0时为0型系统，K用表达，=1时为I型系统，K用表达，=2时为II型系统，K用表达，静态误差：
系统类型

低频某些
静态误差系数
位置
速度
加速度
0
0

1/(1+)

I
1
/s
0
1/

II
2
/s
0
0
1/

3. 动态误差频域解释（动态系数法频率）
答：当输入信号变化时，跟踪过程中误差信号可以看作是由输入信号中位置，速度，加速度等分量引起，各项误差与相应分量比例系数就成为动态误差(P42)

（为什么动态误差系数法计算误差时只进行有限项计算数就可以达到极高精度？）
由于系统对输入响应一段时间后来会趋于稳定，因此误差经一定期间后也趋于很小范畴，也就是说误差重要体当前相应初始阶段，因此动态误差系数法计算误差时可以计算有限项即可。之后系统趋于稳定期，误差也不久趋于0，因此有限项运算也可以获得较高精度。

4. 第一种转折频率物理意义（低频/高频区别）
答：当输入信号频谱重要某些处在系统低频段且低于第一种转折频率时，系统特性就可以用低频模型来代替。

附加1：在控制系统设计时，为什么不是以原则信号作为系统输入信号，而是以典型信号作为输入信号？
答：由于系统工作输入是工作信号，典型信号是对工作信号一种近似。设计时，只有以典型信号作为输入信号，按照性能规定设计系统构造和参数，才干保证系统在工作时能符合性能和稳定性规定。系统误差和输入信号形式和系统构造均关于。
三．噪声和它引起误差
1. 噪声和干扰区别（噪声概念和意义）
答：①干扰与有用信号分开，普通是可测量或是能观测，噪声与有用信号混杂，无法分离出来。干扰可以抑制，但是噪声只能衰减。
②干扰普通作用在系统中间环节，噪声普通是由于测量带来，普通作用在系统输出输入端。
③干扰和噪声都是随机信号。
噪声概念：混在有用信号上外加信号常称作“噪声”，噪声普通是由测量带来，作用于系统输入端或输出端。
2. 时域（用什么函数）描述随机信号
答：概率密度函数

3. 信号之间有关关系
答：平稳随机过程（记录特性不随时间变化，均值为常值，协方差函数仅与时间差有关），且均值为0时，有关函数就是均值为零协方差函数。有关函数表达了距离为先后两瞬间关联限度。P57

4. 白噪声有关函数，什么是白噪声（意义，对系统影响）
答：有些噪声信号，如电子设备热噪声，其频谱是常值，且从零频率始终延伸到大大超过系统带宽。这样噪声普通称白噪声。
一阶系统在白噪声通过输出均方值与一种带宽为抱负滤波器相似，系统自身带宽为（1/T）而可以用于计算系统等效噪声带宽，设计系统时，力求获得最小等效噪声带宽。

5. 均方误差（计算？）
答：均方误差定义：P71，

附加1：有关函数与谱密度是什么关系（不同）？
答：关系：有关函数是谱密度傅氏积分，谱密度是有关函数傅氏变换，两者是一对傅氏变换，相应着时域和复频域。
不同：有关函数是零均值平稳随机过程均方差函数，谱密度是信号标本函数x(t)，
是其频谱，为功率谱密度，它代表信号功率（能量）在频谱上分布，两者是傅氏变换与反变换关系。

附加2：带宽敞小对系统跟踪误差、干扰误差、噪声误差有什么影响？
答：①设计时，要保证系统带宽不不大于等于输入信号和干扰信号频谱，从而保证精度，抑制干扰。要保证系统带宽不大于噪声所规定性能界限，衰减噪声。
②贷款太窄，不能较好地复现输入，抑制干扰，跟踪误差，干扰误差大。带宽太宽，会进入系统不拟定某些，噪声误差大。
③普通带宽和系统增益互相影响，互相制约。当增益大时，跟踪误差、干扰误差减小，噪声误差增大。

四．控制系统设计
1. 不拟定性概念（噪声，干扰）
答：不拟定性指是设计所用数学模型与实际物理系统之间差别。其表达办法有两种：加性不拟定性和乘性不拟定性。

2. 控制系统设计准则（应优先保证什么条件）
答：①名义系统应当是稳定。名义系统是对实际系统建模描述，如实际系统，其名义系统为，对此系统控制时，微分控制规律为，则规定必要是稳定。
②低频段增益应高于跟踪误差和干扰抑制所规定性能界限。由于低频段重要体现跟踪误差，因此低频段增益必要保证足够大才干将系统跟踪误差等控制在规定范畴内。
③系统高频段应低于不拟定性所规定界限函数。不拟定性是指实际系统与名义系统之间差别，产生重要因素是参数不拟定性和未建模动态性引起，表达办法有加性不拟定性。和乘性不拟定性。由名义系统与实际系统差别，系统若穿越不拟定性界限易因参数变化引起系统不稳定。
（应优先保证系统稳定性，即优先保证名义系统稳定，又要是高频段低于不拟定界，在此前提下才干尽量提高性能。）

3. 0型系统设计
答：令控制对象为一阶，有，对象带宽为，则系统带宽易取：，然后取增益，增益满足静态误差规定即可（1/(1+)），有增益和带宽即可求出转折频率，最后再使用反馈校正，反馈加在执行机构上，传递函数为取即可。
五．伺服系统设计
伺服系统：是指输出跟随指令变化系统。（输出跟随输入，指标有跟踪速度，跟踪误差等。调节办法就是校正，有微分，超前，迟后，反馈等形式）
例如位置跟踪系统，常用于机电系统。伺服系统重要满足跟踪精度规定。
又称随动系统、跟踪系统。规定输出能复现输入，抑制干扰，衰减噪声。普通要采用校正，在带宽和增益之间找这种点，在保证稳定性前提下，尽量满足性能指标。

1. 基本I型和改进I型区别
答：基本I型是在整个频带上只有一种转折点，而改进I型频率特性由三段构成，-20，,-40，-20。两者Bode图：

改进I型系统和基本I型比较而言，有两种长处：
①在保证相等带宽状况下可获得极大低频段增益，抑制低频段误差等。
②在相似增益（特别是低频段）时，改进I型能有更低带宽，可以减少噪声误差，也可以获得更好鲁棒性。因此，进行I型审计时，可以优先保证低频段增益和不拟定性界限在输入信号频带之间，即以-40dB/dec下降。在一种较适当位置在满足系统稳定性能指标下，任取一种满足设计规定以-20dB/dec穿越0分贝线即可。

2. II型系统应用场合（设计准则）
答：II型系统普通用于重型设备，如远程高炮、大型天线等。这是由于这些设备比较笨重，其传动往往需要一套比较复杂装置。
（如果对象带宽较低，而所规定精度又较高，这时可选II型系统来提高低频段增益）
II型1应用时，也许浮现问题：①由于传动系统存在齿隙，易导致系统自震荡。②由于对象带宽低，若干扰较大，干扰频谱宽，就不能良好抑制干扰。③由于II型系统型别高，相角滞后，在大信号输入作用下，也有也许导致系统稳定性减少。

3. 系统校正（超前，迟后，反馈）含义和作用
答：①超前：
②迟后：又称积分校正，传递函数，
迟后校正增益到高频段要衰减α倍。
1、系统设计中如果满足了增益规定，带宽有也许会超过容许范畴，导致不稳定，这时需要用迟后校正来压低带宽。
2、在保持带宽不变状况下提高系统增益。

？③反馈：反馈校正作用是可以抑制干扰影响。
（微分环节作用是提供超前相角，增长系统相角裕度，增长系统阻尼比（对二阶系统效果明显））

4. 迟后校正问题，好处（因素）
答：迟后校正在低频某些相位滞后有时会给系统带来问题。特别是II型系统采用迟后校正后就成为一条件稳定系统。所谓条件稳定系统是指增益在某一范畴内才干稳定工作系统。增益大或小时都是不稳定。
虽然不构成条件稳定系统，迟后校正对于大信号下系统特性也是不利。采用迟后校正后系统在打信号下特性就变坏了，这种系统在承受干扰或者投入工作时，会浮现大幅度振荡，甚至不稳定。
六．调节系统设计
调节系统：是指将输出稳定在一种设定值不动系统。
（任务是保持输出一定范畴内保持不变，重要是始终干扰带来输出波动。指标有干扰误差等。重要靠PID校正来保证达到相应指标）
系统重要考虑问题就是抑制干扰。调节系统手段是运用PID进行参数整定，以达到目。
1. PID含义
答：P代表比例控制，I代表积分控制，D代表微分控制，P128:此类系统还可以分为两种，一种势以提供阻尼为主PD控制，另一种是采用PI控制率系统。
比例控制直接反映在系统增益上，和带宽直接关于。
微分环节作用是提供超前相角，增长系统相角裕度，增长系统阻尼比（对二阶系统效果明显，高阶不明显）。
积分环节重要用来消除系统稳态误差，积分规律应在到达中频段时就衰减掉，使其带来相位滞后不致影响系统稳定性。
2.过程控制系统设计特点
答：①若采用比例微分规律，应当用其幅频特性增长比较平缓频段，。
②过程控制系统增益低，带宽窄，因此在控制规律中要加积分环节来提高其低频段增益以减小或消除静差。
③综上，基本控制规律是PI，微分项D则可以在一定限度上提高系统稳定性，但其作用有限。

附加1：论述微分环节作用是什么？在过程控制系统中，微分环节应用有什么特点？
答：微分环节作用是提供超前相角，增长系统相角裕度，增长系统阻尼比（对二阶系统效果明显），但普通会放大噪声。
在过程控制系统中，要谨慎使用微分环节。这是由于微分校正在提供相角同步，也增长了幅频特性，增大了剪切频率，对于有时延系统，滞后环节相移是，相移随频率而比例增长。加大带宽会增长相位滞后，抵消校正环节相位超前。普通采用微分校正，使幅频特性基本不变，而相频特性有所增长，增长系统相角裕度。

附加2：过程控制系统对象有什么特点？
答：普通均有明显时滞特性，由于过程控制中对象普通为基性对象，如热容，是溶液基等对象，所有对象输入勉励需经一定期间才干达到测量环节，即有时滞反映。以热工对象为例，当输入热流后，需经一段时间水温才干上升，测量环节才干测量出来，但若以此时测量值直接用于校正系统易引起不稳定或使稳定性变差。

七．多回路系统设计
1. 什么时候使用多回路系统，如何进行设计（设计特点，调试办法）
答：当系统满足如下条件：
①噪声处在高频段，而输入信号频谱并不宽，这时需要一种窄带宽系统，但带宽太窄，无法抑制干扰。
②干扰比较大，干扰作用频谱很宽，这时需要一种宽带宽系统来抑制干扰。此时，采用单回路系统无法满足规定，需要采用多回路系统。
③有时规定系统频率响应较宽，而系统带宽却又做不上去。
内回路重要作用：抑制干扰，其带宽宽，响应速度快，但带宽同步受到定性规定限制不能太宽。
外回路作用：调精度，保证性能规定，普通依照性能规定来设计其带宽宽窄。
内回路带宽普通要不不大于等于5倍外回路带宽。内外回路带宽错开，因而设计可分别设计，内、外回路解耦。
设计特点：可用带宽内回路来抑制干扰，窄带外回路来保证精度。
调试时先调内回路，再调外回路。调外回路时，内回路可以当成一种比例环节，由于内回路带宽宽，起低频特性相称于比例K。（图:历年题）