资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上节回顾：扰动作用下的二阶系统分析,阶跃扰动使系统稳态偏移,扰动作用下,系统的闭环传递函数一般却是,具有零点,的。,上节回顾：,高阶系统性能分析,哪些对系统的输出响应起主要作用？,衰减慢的分量，系数大的分量,忽略情况,1,：某极点,-,p,l,附近有接近的零点,-,z,k,;,忽略情况,2,：极点,-,p,r,附近无接近的零点，并且极点远离原点和其他极点。,主导极点对：,共轭复数极点,-,p,1,和,-,p,2,，对系统性能起主导作用。,其他闭环极点因衰减迅速，影响相对微弱，,1,）离虚轴最近的极点对；,2,）附近无零点，或者有零点和其他极点近似相消；,3,）其他极点在共轭复数极点和左边，且满足,与模值的比不受阻尼比的影响,与距离的比受阻尼比的影响,上节回顾：,稳态误差分析：控制系统的类型,稳态误差与谁相关？,1.,输入信号的形式；,2.,系统的开环传递函数。,控制系统如何分类？,开环传递函数,开环传递函数含有积分环节的个数。,v,：无差度阶数；系统型别,上节回顾：稳态误差分析,输入信号作用下的静态误差系数和稳态误差,当输入信号为：,利用线性定理，得：,怎样提高稳态精度？,上节回顾：,扰动输入作用下的稳态误差,扰动点之前的放大系数、积分环节决定了能否消除扰动作用下的稳态误差。,1,）扰动作用点之前环节,Gc,的放大系数越大，扰动稳态误差越小；,2,）在,Gc,中添加一个积分环节即可消除阶跃扰动的稳态误差。,提高稳态精度的方法,减小或消除系统参考输入作用下的稳态误差,增大系统的开环放大系数；,在前向通道传递函数中添加积分环节，即提高系统的无差度阶数。,减少扰动下的稳态误差,在偏差,E(s),到扰动作用点之间添加积分环节。,缺点：,能否任意增大开环放大系数或者增加积分环节？,超过两个将使系统失去必要的稳定裕度，导致系统瞬间响应品质下降，甚至使系统不稳定。,前馈,-,反馈构成的复合控制系统,按参考输入,R(s),补偿,按扰动,D(s),输入补偿,动态补偿的目的：,实现稳态全补偿的前提下，尽可能实现部分瞬态补偿。,全补偿,先稳态补偿，再用全补偿实现部分瞬态补偿。,（,1,）由控制系统的结构图,找出前馈补偿的双通道,，据此得出实现,全补偿和稳态补偿的条件,；,（,2,）根据全补偿条件和稳态补偿条件确定,前馈补偿器的传递函数模型结构；,（,3,）若,物理易实现的稳态补偿模型结构,能够先确定，则根据,全补偿条件和物理可实现,的原则，补充瞬态补偿所需要的其他部分，尽最大努力,实现部分瞬态补偿；,（,4,）若,不能,够先确定物理易实现的稳态补偿模型结构，则需,根据全补偿条件和尽最大努力实现部分瞬态补偿,的要求，,直接寻找物理易实现的前馈补偿器模型。,提高稳态精度的方法,4.6,稳态误差分析,例,4-8,分别考虑以下两种情况，确定适当的前馈补偿器传递函数模型,G,ff,(s),并求相应的位置误差和速度误差。,按参考输入扰动实现全补偿和稳态补偿的条件为,4.6,稳态误差分析,全补偿无法物理准确实现,对象中有积分，稳态时位置误差不需补偿，稳态补偿条件为零。,对应全补偿,保证物理可实现,4.6,稳态误差分析,原系统：,I,型系统，位置误差为,0,，速度误差为有限值；,加入前馈补偿后：位置误差为,0,，速度误差为,0,；,引入前馈补偿后，系统的稳态精度得到了大幅度改进。,4.6,稳态误差分析,前馈补偿器传递函数模型为,全补偿无法物理准确实现,稳态补偿条件容易实现。,对应全补偿,物理可实现,满足稳态补偿条件,4.6,稳态误差分析,原系统：,0,型系统，位置误差为有限值，速度误差为；,加入前馈补偿后：位置误差为,0,，速度误差为有限值；,引入前馈补偿后，系统的稳态精度得到了大幅度改进。,4.6,稳态误差分析,例,4-9,考虑如图,4-28,所示的复合控制系统,确定适当的前馈补偿器传递函数模型,G,ff,(s),并求相应的位置误差和速度误差。,复合控制系统的前馈补偿双通道,4.6,稳态误差分析,阶跃扰动会引起输出偏离原来值的一个瞬态过程，但不会改变输出的稳态值。,？,4.6,稳态误差分析,说明：,图,4-28,中，前馈补偿器的结构与参数,的确定,取决于串联控制器结构与参数,仅适合于可实现串联控制器和前馈补偿器联合设计的场合。,图,3-19,系统结构（右图），,前馈补偿器结构与参数,仅,依赖于已知的广义被控,对象的模型,前馈补偿器设计独立于串联,控制器的分析和设计。,比如采用通用的,PID,控制器的过程工业。该方案更具一般性。,4.7,基本控制规律的时域分析,4.7.1,比例（,P,）控制,单位反馈控制系统,比例控制作用是根据负反馈原理按偏差产生控制的基础。,无论是采用微分、积分或微分加积分控制规律均是在比例控制的基础上附加上去的。,4.7,基本控制规律的时域分析,4.7.2,比例加微分（,PD,）控制,优点：“预见性”和“超前性”，,能在偏差信号尚未出现之前，就在系统中发出一个有效的早期修正信号，抑制过大超调量，有助于系统的稳定性。,缺点：,但微分控制正比于偏差的变化率，导致其,对高频干扰信号过于敏感,而易引起系统的振荡甚至不稳定。,因此，在实际控制系统中施加微分控制作用强弱需要进行综合考虑。,4.7,基本控制规律的时域分析,4.7.3,比例加积分（,PI,）控制,引进纯积分环节,，提高了,系统的无差度阶数，可有,效地改善系统的稳态性能。,但稳定裕度减少。,综上所述，比例加积分控制的主要目的是在对系统的稳定性影响不大的情况下，有效地改善系统的稳态性能。,还引进了一个开环零点,，通过适当调整,积分时间常数,也可以改善系统的瞬态性能，从而一定程度上弥补了积分环节的极点产生的副作用。,4.7,基本控制规律的时域分析,积分控制的物理意义是：,只要偏差信号不为零，积分环节就将其不断积累,，并按负反馈原理产生持续的控制作用，直到使偏差回复至零为止，从而有效地提高了系统的稳态性能。,此外，,由于偏差的累积，所以，即使偏差回复至零，,PI,控制器的输出并不回复至零,。,4.7,基本控制规律的时域分析,4.7.4,比例加积分加微分（,PID,）控制,引入了一个位于坐标原点的极点，使系统的型别增大,1,，同时还可引入,两个负实数零点,。,提高系统的动态性能。,预见性,误差累积,4.8,利用,MATLAB,进行时域分析,4.8.1,参考输入响应分析,结构图,例,4-10,某磁盘驱动器磁头控制系统,磁盘驱动读取系统采用永磁直流电机驱动读取臂的转动。,4.8,利用,MATLAB,进行时域分析,4.8,利用,MATLAB,进行时域分析, hold on;, Ka = 10 50 100 250 1000;, for m=1:5,ex4_10(Ka(m);,grid on;,end,当系统的放大器系数处于,10,K,a,1000,时，随着,Ka,的增大，系统振荡加剧。,编写一个,M,文件,ex4_10.m,，见,136,页。绘制不同,Ka,下的阶跃响应。,4.8,利用,MATLAB,进行时域分析,例,4-11,D(s)=0.15Nm/s,，试分析放大器系数,K,a,的变化对扰动输入响应的影响。,4.8.2,扰动输入响应分析,4.8,利用,MATLAB,进行时域分析, hold on;, Ka = 10 50 100 250 1000;, for m=1:5,ex4_11(Ka(m);, grid on;, end,随着系统的放大器系数,K,a,的增大，系统对阶跃扰动的稳态误差变小，稳态精度提高。,编写,M,文件,ex4_11.m,，见,137,页。绘制不同,Ka,下的扰动阶跃响应。,本章结束！,
展开阅读全文