自动化专业英语教程Part2翻译Word格式文档下载.docx

1、 控制系统被人们用来扩展自己的能力，补偿生理上的限制，或把自己从常规、单调的工作中摆脱出来，或用来节省开支。例如在现代航空器中，功率助推装置能够把飞行员的力量放大，从而克服庞大的空气阻力推动飞行控制翼面。飞行员的反映速度太慢，若是不附加阻尼偏航系统，飞行员就无法通太轻微阻尼的侧倾转向方式来驾驶飞机。自动飞行控制系统把飞行员从维持正确航向、高度和姿态的持续操作任务中摆脱出来。没有了这些常规操作，飞行员能够执行其他的任务，如领航或通信，如此就减少了所需的机组人员，降低了飞行费用。 在很多情形下，控制系统的设计是基于某种理论，而不是靠直觉或试凑法。控制系统能够用来处置系统对命令、调节或扰动的动态响应

2、。控制理论的应用大体上有两个方面：动态 响应分析和控制系统设计。系统分析关注的是命令、扰动和系统参数的转变对被控对象响应的决定作用。如某动态响应是知足需要的，就不需要第二步了。若是系统不能知足要求，而且不能改变被控对象，就需要进行系统设计，来选择使动态性能达到要求的控制元件。 控制理论本身分成两个部份：经典和现代。经典控制理论始于二次大战以传递函数的概念为特征，分析和设计主要在拉普拉斯域和频域内进行。现代控制理论是随着高速数字运算机的出现而进展起来的。它以状态变量的概念为特征，重点在于矩阵代数，分析和设计主要在时域。每种方式都有其长处和缺点，也各有其提倡者和反对者。 与现代控制理论相较，经典方

3、式具有指导性的长处，它把重点很少放在数学技术上，而把更多重点放在物理理解上。而且在许多设计情形中，经典方式既简单也完全足够用。在那些更复杂的情形中，经典方式虽不能知足，但它的解能够对应用现代方式起辅助作用，而且能够对设计进行更完整和准确的检查。由于这些原因，后续的章节将详细地介绍经典控制理论。 控制系统的分类和术语 控制系统可按照系统本身或其参量进行分类： 开环和闭环系统（如图2-1A-1）：开环控制系统是控制行为与输出无关的系统。而闭环系统，其被控对象的输入在某种程度上依赖于实际的输出。因为输出以由反馈元件决定的一种函数形式反馈回来，然后被输入减去。闭环系统一般是指负反馈系统或简称为反馈系统

4、。 持续和离散系统：所有变量都是时刻的持续函数的系统称做持续变量或模拟系统，描述的方程是微分方程。离散变量或数字系统有一个或多个只是在特殊时刻可知的变量，如图2-1A-2b，描述方程是差分方程。若是时刻距离是可控的，系统被称做数据采样系统。离散变量随机地产生，例如：为只能同意离散数据的数字运算机提供一个输入。显然，当采样距离减小时，离散变量就接近一个持续变量。不持续的变量，如图2-1A-2c所示，出此刻开关或乓-乓控制系统中。这将别离在后续的章节中讨论。 线性和非线性系统：若是系统所有元件都是线性的，系统就是线性的。若是任何一个是非线性的，系统就是非线性的。 时变和时不变系统：一个时不变系统或

5、静态系统，其参数不随时刻转变。当提供一个输入时，时不变系统的输出不依赖于时刻。描述系统的微分方程的系数为常数。若是有一个或多个参数随时刻转变，则系统是时变或非静态系统提供输入的时刻必需已知，微分方程的系数是随时刻而转变的。 集中参数和分散参数系统：集中参数系统是其物理性质被假设集中在一块或多块，从而与任何空间散布无关的系统。在作用上，物体被假设为刚性的，被作为质点处置；弹簧是没有质量的，电线是没有电阻的，或对系统质量或电阻进行适当的补偿；温度在各部份是一致的，等等。在散布参数系统中，要考虑到物理特性的持续空间散布。物体是有弹性的，弹簧是有散布质量的，电线具有散布电阻，温度在物体遍地是不同的。集

6、中参数系统由常微分方程描述，而散布参数系统由偏微分方程描述。 肯定系统和随机系统：一个系统或变量，若是其未来的性能在合理的限度内是可预测和重复的，则那个系统或变量就是肯定的。不然，系统或变量就是随机的。对随机系统或有随机 输入的肯定系统的分析是基于概率论基础上的。 单变量和多变量系统：单变量系统被概念为对于一个参考或命令输入只有一个输出的系统，常常被称为单输入单输出（SISO）系统。多变量（MIMO）系统含有任意多个输入和输出。控制系统工程设计问题 控制系统工程由控制结构的分析和实际组成。分析是对所存在的系统性能的研究，设计问题是对系统部件的一种选择和安排从而实现特定的任务。控制系统的设计并非

7、是一个精准或严格肯定的进程，而是一系列相关情形的序列，典型的顺序是： 1）被控对象的建模；2）系统模型的线性化；3）系统的动态分析；4）系统的非线性仿真；5）控制思想和方式的成立；6）性能指标的选择；7）控制器的设计；8）整个系统的动态分析；9）整个系统的非线性仿真；10）所用硬件的选择； 11）开发系统的成立和测试；12）产品模型的设计；13）产品模型的测试。 那个顺序不是固定的，全包括的或必要顺序的。这里给出为后续单元提出和讨论的技术做一个合理的论述。传递函数和拉普拉斯变换 B 传递函数和拉普拉斯变换1. 课文内容简介：主要介绍专业课自动控制原理中传递函数的概念、拉普拉斯变换的概念、拉普拉

8、斯变换后的运算规则和系统建模方式，内容虽然简练，但可成立许多超级重要的概念。1 The designer quickly becomes adept in relating changes in the Laplace domain to behavior in the time domain without actually having to solve the system equations. 设计人员专门快就会熟练地把拉普拉斯域的转变与时域状态联系起来，而不需真地解系统方程（时域）。B 传递函数和拉普拉斯变换传递函数的概念 若是像式2-1B-1表示的线性系统的输入输出关系已知，则系统

9、的特性也能够明白。在拉普拉斯域表示的输入输出关系被称做传递函数。由概念，元件或系统的传递函数是经拉氏变换的输出与输入的比值： 此传递函数的概念要求系统是线性的和非时变的，具有持续变量和零起始条件。传递函数最适用于系统是集中参数和当传输延迟不存在或可忽略的情形。在这种条件下，传递函数本身可表示为拉普拉斯复数变量s的两个多项式的比值： 对于物理系统，由于系统特性是积分而不是微分，所以N（s）的阶次比D（s）要低。后面咱们将看到用于频域的频率传递函数，它是通过把传递函数中拉普拉斯变量s用j t代换取得的。 在式2-1B-2中，传递函数分母D（s）由于包括系统中所有的物理特征值而被称做特征方程。令D（

10、s）等于0即取得特征方程。特征方程的解决定系统的稳固性和对任一输入下的暂态响应的一般特性。多项式N（s）是表示输入如何进入系统的函数。因此N（s）并非影响绝对稳固性或暂态模式的数量和特性。 在特定的输入下，它决定每一暂态模式的大小和符号，从而肯定暂态响应的图形和输出的稳态值。 对于一个闭环系统，其传递函数为： 式中W（s）为闭环传递函数，G（s）H（s）称为开环传递函数，1+G（s）H（s）是特征函数。 传递函数能够通过量种方式求得。一种方式是纯数学的，先对描述元件或系统的微分方程取拉普拉斯变换，然后求解得出传递函数。当存在非零起始条件时将之看做外加输入对待。第二种方式是实验法。通过给系统加上

11、已知的输入，测出输出值，通过整理数据和曲线得出传递函数。某子系统或整个系统的传递函数常常通过对已知的单个元件传递函数的正确归并而取得。这种归并或化简称做方块图代数。拉普拉斯变换 拉氏变换源于工程数学领域，普遍用于线性系统的分析和设计。常系数的常微分方程转变成代数方程可通过传递函数的概念实现。另外，拉氏域更适合于工作，传递函数容易处置、修改和分析。设计人员专门快就会熟练地把拉普拉斯域的转变与时域状态联系起来而不需真地解系统方程（时域）。当需要时域解时拉氏变换法可直接利用。解是全解，包括通解和特解，初始条件被自动包括在内。最后，能够很容易从拉氏域转到频域中去。 变换拉氏是从傅立叶积分演变而来，它概

12、念为： 这里F（s）是f（t）的拉氏变换。相反，f（t）是F（s）反变换，它们之间的关系可由下式表达， 符号s表明拉氏变量是一个复数变量（ +j ）。因此，s有时表示复频，拉氏域称做复频域。 由于式（2-1B-4）的积分是不定积分，因此不是所有函数都能够进行拉氏变换。幸运的是，系统设计者感兴趣的函数通常都能够。拉氏变换的利用条件、理论证明和其他用途可见于工程数学的标准高作中。 式（2-1B-4）的概念可用来找到咱们最多见和用到的函数的拉氏变换。为了方便，咱们过去常建一个变换对的表，用于简化拉氏域变换和反变换。 这里有几条拉氏变换的定理和性质，它们既必需也很有帮忙。 1.线性和叠加： 式中c和c

13、i都是常数。 2. 微分和积分定理：对时刻导数的拉氏变换可写为 式中f（0）， df（0）， 等是初始条件。若是初始条件为零，正如控制系统分析和设计的一般情形，最后的方程可缩减为： 积分的拉氏变换是 初始条件为零，它也可缩减为F（s）/s。 3. 初值和终值定理：初值定理表述为 在进行拉氏反变换时有效处。终值定理表述为 这里fss是f（t）的稳态值。 4. 平移定理：第一个平移定理表明 或 式（2-1B-6）表示在拉氏域内移动a个单位，变换后在时域内取得e-a倍。第二个平移定理表明 那个定理在对延迟的输入和信号如传输滞后和由分析函数表示的持续输入很有效。建模 分析技术需要数学模型。对于具有有限数量微分方程和用方块图代数表示的时不变线性系统的分析和设计，传递函数是一种方便的模型形式。从描述一个特定对象、进程或元件的微分或积分-微分方程，运用拉氏方程及其性质能够取得传递函数。 咱们能够通过一个简单的例子说明： 图中输出电压uc由输入电压u鼓励。按照基尔霍夫定律，二者关系可写为下式 运用定理，零初始条件的变换方程如下 求解变换输出与输入的比，即取得系统的传递函数P2U2A Stability and the Time Response 第二部份第二单元课文A 稳固性和时域响应A 稳固性和时域响应 主要介绍自动控