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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