控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)jppt課件-wenkub
2023-05-19 00:10:34 本頁面
【正文】 ) ( 5 . 3 3 )csG s G ss s s????1s2? 0j??23j1s??3sj??023j42s閉環(huán)極點(diǎn)為： 1 , 2 2 2 3sj? ? ? 3 ??3s 與閉環(huán)零點(diǎn)比較靠近，對瞬態(tài)性能影響不大，可保證 為主導(dǎo)極點(diǎn)。 *K M ?M ?可求出 ?1 011( 2 1 ) ( )ccsz k G ssp ?????? ? ? ? ? ??????11 1*1 0 1111()nic imciispszaMs p G sK s z????? ? ?? ???27 sinsinz????s in ( )s in ( )p????????式中 ? ? ? ?? ? ? a r c c os??? 和 分別是決定主導(dǎo)極點(diǎn)位置的無阻尼自然頻率和阻尼比。因此，采用由運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的有源校正裝置更為普遍。 如果系統(tǒng)校正時要求滿足的性能指標(biāo)屬頻域特征量 ，例如相位裕量、幅值裕量、諧振峰值和帶寬等，則通常采用頻域設(shè)計(jì)方法。所需要增加的零、極點(diǎn)由校正裝置實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)較簡單，容易對信號進(jìn)行各種必要的變換， 但需注意負(fù)載效應(yīng)的影響。 例 61 設(shè)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： ( ) ( )( 1 ) ( 0 . 0 1 2 5 1 )KG s H ss s s? ?? ?可見，調(diào)整開環(huán)增益 K無法同時滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差和諧振峰值的要求。 ? 引入校正裝置的作用，從頻域來說，可以在不同頻段上對原系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的形狀進(jìn)行相應(yīng)的修改，使校正后的系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)性能和瞬態(tài)性能的要求。 7 在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，時域指標(biāo)和頻域指標(biāo)之間可以通過近似公式進(jìn)行互換。用頻域法進(jìn)行校正比較簡單，但頻域法的設(shè)計(jì)指標(biāo)是間接指標(biāo)。例如，超前校正、滯后校正、滯后 — 超前校正等， 它們的結(jié)構(gòu)是已知的，而參數(shù)可調(diào)。 確定了校正方案以后，下面的問題就是如何確定校正裝置的 結(jié)構(gòu)和參數(shù)。 3. 原理試驗(yàn) 4. 樣機(jī)生產(chǎn) 5 校正的概念 在已有系統(tǒng)中加入一些參數(shù)和結(jié)構(gòu)可以調(diào)整的裝置 ， 來改善系統(tǒng)特性 。 2）建立所選元部件的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行初步的穩(wěn)定性分析和動態(tài)性能分析。 在實(shí)際工程中，往往提出另外一個問題，即根據(jù)希望的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能指標(biāo)，研究如何建立滿足性能要求的控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)分析問題 系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題 系統(tǒng)綜合 系統(tǒng)校正 預(yù)先給出設(shè)計(jì)指標(biāo)，需要確定控制形式與滿足預(yù)定指標(biāo)的控制器。一般來說，這時的系統(tǒng)雖然在原理上能夠完成給定的任務(wù)，但系統(tǒng)的性能一般不能滿足要求的性能指標(biāo)。從理論上來講這是完全可以的 ， 因?yàn)榧尤肓?校正 裝置就改變了系統(tǒng)的傳遞函數(shù) ， 也就改變了系統(tǒng)的動態(tài)特性 。目前主要有兩大類校正方法：分析法與綜合法。 綜合法又稱為期望特性法 。 6 性能指標(biāo) 常用的性能指標(biāo)： st?hc?時域指標(biāo) ： 調(diào)節(jié)時間 %?超調(diào)量 pK vK aK靜態(tài)誤差系數(shù) 開環(huán)頻域指標(biāo) ： 相角裕度 幅值裕度 截止頻率 rMr?b?閉環(huán)頻域指標(biāo) ： 諧振峰值 諧振頻率 帶寬 零頻幅值比 (0)M說明： 對動靜態(tài)性能指標(biāo)的要求應(yīng)有不同的側(cè)重。 (1)二階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系： 諧振峰值 21 ( 0 . 7 0 7 )21rM ??????諧振頻率 21 2 ( 0 .7 0 7 )rn? ? ? ?? ? ?帶寬頻率 2 2 41 2 2 4 4bn? ? ? ? ?? ? ? ? ?截止頻率 421 4 2? ? ? ?? ? ? 性能指標(biāo) 8 (2)高階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系 諧振峰值 1sinrM ??超調(diào)量 6 ( 1 ) ( 1 )rrMM? ? ? ? ? ?調(diào)節(jié)時間 22 1 .5 ( 1 ) 2 .5 ( 1 ) ( 1 1 .8 )scr r rKtK M M M???? ? ? ? ? ? ?相角裕度 421 4 2a r c tg ???????超調(diào)量 21% 1 0 0 %e ? ? ?? ????調(diào)節(jié)時間 3 . 5 7s c sntt tg?? ? ??? 性能指標(biāo) 9 校正的作用 ? 在系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)階段，先選擇一些元部件（如執(zhí)行元件、測量元件、放大元件）構(gòu)成控制器的基本部分，一般情況下，除了放大器的增益，其它參數(shù)不易調(diào)整。 10 根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，應(yīng)取 K≥100 ，設(shè) K=100，作出系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線 1，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 解： 0j1?3???1100K?0??1K?2r? ?0??若引入校正裝置，使系統(tǒng)的開環(huán)幅相曲線如中的實(shí)線 3所示，則可同時滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差和諧振峰值的要求。 可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，元件數(shù)也往往較少。一般來說， 當(dāng)性能指標(biāo)以時域量給出時， 例如給出超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)等，采用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)更為有效和方便。 13 常用的串聯(lián)校正裝置及其特性 )( sG c )(0 sG R C 串聯(lián)校正系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)： 串聯(lián)校正一般包括 超前校正、滯后校正、滯后－超前 三種校正方式，所采用的 校正裝置 Gc(s)是不相同的。 有源校正網(wǎng)絡(luò)有多種形式。 n? ?最后可確定超前校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù) 1cT p? ccpaz?由圖可求得： czcp1s????01 csp?1 csz?j??28 （ 1）根據(jù)瞬態(tài)性能指標(biāo)，確定 希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn) 。 1,2s32 串聯(lián)滯后校正 設(shè)未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 *101()( ) ( ) ( )()miiniiK s zG s G s H ssp????????11(
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