【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為慣性、 f點(diǎn)擾動(dòng)斜坡響應(yīng) 此時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差為無(wú)窮大 4）當(dāng) A A3為慣性環(huán)節(jié)， g點(diǎn)輸入擾動(dòng)信號(hào)時(shí)響應(yīng)： 24 圖 、 A3為慣性環(huán)節(jié)， g點(diǎn)輸入擾動(dòng)信號(hào)時(shí)斜坡響應(yīng) 此時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差仍為無(wú)窮大 五、結(jié)果分析與討論 由前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較得到以下結(jié)論： 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1可 知，增大前向通道的開(kāi)環(huán)增益 K值，能減小系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)誤差； 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2可知，提高系統(tǒng)的類型（即在前向通道上引入積分環(huán)節(jié)），使系統(tǒng)變?yōu)?1型系統(tǒng)，能消除階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差； 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3可知，增加擾動(dòng)作用點(diǎn)以前的前向通道的開(kāi)環(huán)增益 K值能減小擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差； 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4可知，擾動(dòng)作用點(diǎn)提前，擾動(dòng)的干擾作用加??； 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果 5可知，在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前的前向通道上引入積分環(huán)節(jié)能減小干擾的作用； 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果 6可知：積分環(huán)節(jié)應(yīng)出現(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前的前向通道上，不宜出現(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)之后的前向通道上，否 則會(huì)加劇擾動(dòng)的作用。 總結(jié)： 二階系統(tǒng)中，系統(tǒng)的類型和系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益 K會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，非單位反饋中反饋環(huán)節(jié)也會(huì)起作用。 減小系統(tǒng)參考輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差的方法有： 增大前向通道的開(kāi)環(huán)增益 K值； 提高系統(tǒng)的類型（即在前向通道上引入積分環(huán)節(jié)）； 減小系統(tǒng)擾動(dòng)輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差的方法有： 增大擾動(dòng)作用點(diǎn)以前的前向通道的開(kāi)環(huán)增益 K值； 在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前的前向通道上引入積分環(huán)節(jié)； 盡量保證擾動(dòng)作用點(diǎn)在前向通道上的位置靠后，積分環(huán)節(jié)應(yīng)出現(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前的前向通道上，不要在擾動(dòng)作用點(diǎn)之后的前向通道上引入 積分環(huán)節(jié)。 25 六、思考題 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大系數(shù)Ｋ的變化對(duì)其動(dòng)態(tài)性能 (σp 、 ts、 tp)的影響是什么？對(duì)其穩(wěn)態(tài)性能（ｅ SS）的影響是什么？從中可得到什么結(jié)論？ 答： 增大開(kāi)環(huán)放大系數(shù) K， σ p會(huì)變大，上升時(shí)間 ts保持不變，峰值時(shí)間 tp會(huì)減小，其穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)變小。這些現(xiàn)象說(shuō)明了，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)會(huì)減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)增大超調(diào)量，且使系統(tǒng)阻尼減小，振蕩加劇。 所以僅靠調(diào)節(jié)開(kāi)環(huán)增益 K不能達(dá)到讓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能均很好的目的，而應(yīng)該引入校正器。 對(duì)于單位負(fù)反饋系統(tǒng)，當(dāng)ｅ SS＝ lim[r(t)C(t)]時(shí)， 如何使用 雙線示波器觀察系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差？對(duì)于圖 32所示的實(shí)驗(yàn)線路，如果將系統(tǒng)的輸入 r(t)送入示波器的 y1通道，輸出 C(t)送入示波器的 y2通道，且 y1和 y2增益檔放在相同的位置， 則在示波器的屏幕上可觀察到如圖 124所示的波形，這時(shí)你如何確認(rèn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ｅ SS？ 圖 124，實(shí)驗(yàn)中的波形 答： 增大開(kāi)環(huán)放大系數(shù) K， σ p會(huì)變大，上升時(shí)間 ts保持不變，峰值時(shí)間 tp會(huì)減小，其穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)變小。這些現(xiàn)象說(shuō)明了，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)會(huì)減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)增大超調(diào)量，且使系統(tǒng)阻尼減小，振蕩加劇。 所以僅靠調(diào)節(jié)開(kāi)環(huán)增益 K不能達(dá)到讓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能均很好的目的，而應(yīng)該引入校正器。 當(dāng) r(t)＝ 0時(shí)，實(shí)驗(yàn)線路中擾動(dòng)引起的誤差ｅ SS應(yīng)如何觀察？ 答： 此時(shí)擾動(dòng)引起的誤差 ｅ ss即為由擾動(dòng)引起的振蕩達(dá)到穩(wěn)態(tài)后與 0的差值。 當(dāng) r(t)＝ 1 (t)、 f(t)＝ 1 (t)時(shí)， 試計(jì)算以下三種情況下的穩(wěn)態(tài)誤差ｅ SS： +s)(sN(C)(sR 圖 125 （ b) )(+)(sN(C 圖125 （ c) 圖 124 實(shí)驗(yàn)中的波形 26 答： (a) 利用線性疊加原理，當(dāng) r(t)＝ 1 (t)、 f(t)＝ 0 時(shí)，得穩(wěn)態(tài)誤差為 K?11 ，當(dāng) r(t)＝ 0、 f(t)＝ 1 時(shí)，得穩(wěn)態(tài)誤差為 K??11 。則此系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)誤差為 0。 (b) 利用線性疊加原理，當(dāng) r(t)＝ 1 (t)、 f(t)＝ 0 時(shí)，得穩(wěn)態(tài)誤差為 0，當(dāng) r(t)＝ 0、f(t)＝ 1 時(shí)，得穩(wěn)態(tài)誤差為 0，則此系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)誤差為 0。 (c) 利用線性疊加原理，當(dāng) r(t)＝ 1 (t)、 f(t)＝ 0 時(shí)，得穩(wěn)態(tài)誤差為 0，當(dāng) r(t)＝ 0、f(t)＝ 1 時(shí)，得 穩(wěn)態(tài)誤差為 K1? ，總穩(wěn)態(tài)誤差為 K1? 。 試求下列二種情況下輸出 C(t)與比例環(huán)節(jié) K的關(guān)系。當(dāng) K增加時(shí) C(t)應(yīng)如何變化？ 答：（ a）KTs TssNsC ?? ?? 2)1( 1)()(，則當(dāng) K 增大時(shí)， C(s)變小； 27 （ b）1/)1( 1)()( 2 ?? ?? KTs TssNsC，則當(dāng) K 增大時(shí)， C(s)變大。 為什么 0型系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入信號(hào)？ 答： 系統(tǒng)為 0型時(shí)，輸入 斜坡信號(hào) 后，即21)( ssR ?，穩(wěn)態(tài)誤差為無(wú)窮大，所得到的輸出與輸入的差值會(huì)越來(lái)越大，最后趨向無(wú)窮。這樣就無(wú)法反映 斜坡輸入信號(hào)的狀況，即不能 跟蹤斜坡輸入信號(hào) 。 為什么 0型系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)一定有誤差存在？ 答：由 可知， 當(dāng)階躍輸入為21)( ssR ? 時(shí)，得到 sse 等于某一非 0的常數(shù)，說(shuō)明 0型系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸 入時(shí)一定有誤差存在 。 為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益應(yīng)取大些還是小些？ 答：由 可知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益應(yīng)取大一點(diǎn)。 本實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)一結(jié)果比較可知，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度對(duì)開(kāi)環(huán)增益 K 的要求是相矛盾的。矛盾的關(guān)鍵在哪里？在控制工程中如何解決這對(duì)矛盾？ 答：實(shí)驗(yàn)十一中，我們得知TKKT n ?? ?? 。2 1 當(dāng)開(kāi)環(huán)增益 K值增大時(shí)，系 統(tǒng)的超調(diào)量增大，阻尼減小，因而超調(diào)量加大， tp減小，這就導(dǎo)致系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度對(duì)開(kāi)環(huán)增益 K要求 相矛盾的 結(jié)果。，因 此 ，為了使控制系統(tǒng)同時(shí)具有滿意的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，在控制過(guò)程中并不是僅僅依靠增大 K來(lái)改善系統(tǒng)性能，而需要在控制系統(tǒng)中加入一些環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的某些缺陷，使之具有滿意的性能。這些加入的環(huán)節(jié)即為校正環(huán)節(jié)或校正裝置。 七、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 這個(gè)實(shí)驗(yàn)相對(duì)上一個(gè)實(shí)驗(yàn)要復(fù)雜一些，因?yàn)椴襟E增多了，并且在控制變量研究時(shí)需要研究的影響因素也增加了。但是通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們清楚了穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)及輸入信號(hào)的關(guān)系 ，同時(shí)我們也掌握了通過(guò)改變?cè)鲆鎭?lái)改變穩(wěn)態(tài)誤差、通過(guò)改變系統(tǒng)型別來(lái)消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法。 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也碰到了一些困難，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始很長(zhǎng)時(shí)間我們甚至連最基本的響應(yīng)波形都調(diào)不出來(lái)。后來(lái)經(jīng)過(guò)了換實(shí)驗(yàn)箱、重新接線才終于解決了。這在一定程度上也鍛煉了我們應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)突發(fā)情況與故障排除的能力。 )(1 1)(l i m)(l i m 00 sGssRssEe ssss ??? ????????? niimjjsTsKsG11)1()1()(??????????????0,)(lim0,1 1)(lim00NKsssRNKssRe Nssss 28 實(shí)驗(yàn)十四 線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正 一、任務(wù)與目標(biāo) 熟悉串聯(lián)校正裝置的結(jié)構(gòu)和特性。掌握串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)方法和對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)試技術(shù) 二、總體方案設(shè)計(jì) 超前校正 校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)及參數(shù)確定方法如下 cG (s)=?1 TsTs??11 ? sin max? = 11???? T= ??m1 其模 擬電路如圖 圖 T=2121 RR CRR? 。α =221RRR? 1 三、方案實(shí)現(xiàn)與具體設(shè)計(jì) 圖 其傳遞函數(shù)為 G(s)=)( 1000 ss ? 模擬電路為 29 圖 伯德圖如圖所示 圖 由伯德圖知其穿越 頻率為 323rad/s，相位裕度為 17176。 為了使校正后：①保持單位階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差不變 ②相位裕度約為 60