控制系統(tǒng)的設(shè)計jppt課件(存儲版)
【正文】 在大多數(shù)實際情況中，僅僅調(diào)整增益不能使系統(tǒng)滿足給定的各項性能指標(biāo)。它的基本思想是按照設(shè)計任務(wù)所 要求的性能指標(biāo)，構(gòu)造期望的數(shù)學(xué)模型，然后選擇校正裝置 的數(shù)學(xué)模型，使系統(tǒng)校正后的數(shù)學(xué)模型等于期望的數(shù)學(xué)模型。 校正就是在系統(tǒng)不可變部分的基礎(chǔ)上，加入適當(dāng)?shù)男Ｕ?，使系統(tǒng)滿足給定的性能指標(biāo)。 給出已有基本結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)的期望性能指標(biāo)，需要確定增加某種控制器，修正或校正控制系統(tǒng)的特性。 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟 1. 擬定性能指標(biāo) 2. 初步設(shè)計 1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和設(shè)計指標(biāo)，初步確定比較合理的設(shè)計方案， 選擇系統(tǒng)的主要元部件，擬出控制系統(tǒng)的原理圖。 初步設(shè)計出的系統(tǒng)一般來說是不滿足性能指標(biāo)要求的。 系統(tǒng)的校正可以在時域內(nèi)進行，也可以在頻域內(nèi)進行。因此，有必要在系統(tǒng)中引入適當(dāng)?shù)男Ｕb置以改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，從而滿足給定的各項性能指標(biāo)要求。 其中 ， 復(fù)合校正又分為按輸入補償?shù)膹?fù)合校正和按擾動補償?shù)膹?fù)合校正 。 在博德圖上能方便地根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性和給定的頻域指標(biāo)確定校正裝置的參數(shù)。 計算 a 和 T的方法有多種 ,這里介紹一種圖解法。 1/b1/b*K34 用根軌跡法設(shè)計 串聯(lián)滯后 校正裝置的步驟如下 () ccccszG s Ksp???（ 4）繪制校正后的根軌跡圖，找到希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點，再根據(jù)幅值條件，確定校正網(wǎng)絡(luò)的增益 。 14. 9vKs??校正后 。 （ 1）根據(jù)指標(biāo)要求，希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點為 。 解 分析未校正系統(tǒng)的指標(biāo)： 12 ? ? ?， ? ? 2/n rad s? ?18vKs??均不滿足要求。 保持 ， ? ? 校正后的閉環(huán)主導(dǎo)極點 1 , 2 8 1sj? ? ?由幅值條件： 0 . 2 8 0 . 5 1( 0 .0 1 ) ( 1 ) ( 2 )1 .0 6 0 .9 80 .1c sjs s s sKs ? ? ?? ? ???? ?37 （ 5）檢驗校正后的性能指標(biāo)。 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( ) 111cccs szb TsbTG s b b bTs s psT? ??? ? ? ? ??? ?設(shè)未校正系統(tǒng)的根軌跡上，希望的復(fù)數(shù)閉環(huán)主導(dǎo)極點為 1s取滯后校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為 33 將 和 看作一對偶極子，有 cz cp111() cccszG s b bsp????1( ) 0cGs??*111 0 111()( ) ( )()miic niib K s zG s G ssp???????可見，校正后 處的根軌跡不會明顯變化。 有源校正網(wǎng)絡(luò)有多種形式。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)極點等，采用根軌跡法進行設(shè)計更為有效和方便。 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。 (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。 綜合法又稱為期望特性法 。從理論上來講這是完全可以的 ， 因為加入了 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 。 系統(tǒng)分析問題 系統(tǒng)設(shè)計問題 系統(tǒng)綜合 系統(tǒng)校正 預(yù)先給出設(shè)計指標(biāo)，需要確定控制形式與滿足預(yù)定指標(biāo)的控制器。 2）建立所選元部件的數(shù)學(xué)模型，并進行初步的穩(wěn)定性分析和動態(tài)性能分析。 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)。用頻域法進行校正比較簡單，但頻域法的設(shè)計指標(biāo)是間接指標(biāo)。 ? 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。 設(shè)計較簡單，容易對信號進行各種必要的變換， 但需注意負(fù)載效應(yīng)的影響。 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)計方法。 *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????
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