機(jī)械電子系統(tǒng)的建模與控制-資料下載頁(yè)
2025-02-12 13:37本頁(yè)面
【正文】 TTr ( t2)r ( t1)bcot1t2微分環(huán)節(jié)的輸出提前預(yù)測(cè)了輸入 ， 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)提前施加校正作用 ， 提高系統(tǒng)的靈敏度 。 微分環(huán)節(jié)常用來改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能 。 ( s) ( 1 )pG K T s??oi( ) ( 1 ) ( )X s T s X s?? 1( ) [ ( 1 ) ( ) ] ( ) ( )iix t L T s X s T x t x t T t??? ? ? ? ? ?)1()( ?? TsKsG p1?pK若 對(duì) 比 例 環(huán) 節(jié) 輸 入 單 位 斜 坡 信 號(hào) ,其 輸 出為 圖 中 紅 線 ( K p = 1 ) 。 若 與 其 并 聯(lián) 一 個(gè) 微分 環(huán) 節(jié) K p T S ,使 傳 遞 函 數(shù) 變 成 :? ? ( 1 ) ( )oX s Ts R s??? ? ? ? ? ?11 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ooix t L X s L Ts R s R sTr t r t T x t??? ? ? ?????? ? ? ?Kp=1 2) 增加了系統(tǒng)阻尼 a )pK )1( ?TssKXi( s )+Xo( s )E ( s )KKsTsKKTssKKTssKKsGpppp???????21)1(1)1()(傳 遞 函 數(shù) ：KKsKTKTssTKKTsssTKKTsssTKKsGpdpdpdpdp???????????)1()1()1()1(1)1()1()(21傳 遞 函 數(shù) ：)1( ?sTK dp )1( ?TssKXi( s )+Xo( s )E ( s )b )增加微分環(huán)節(jié) 分母中 s的系數(shù)與阻尼有關(guān) s 比例微分調(diào)節(jié)器 典型環(huán)節(jié) — 積分環(huán)節(jié) 定 義： 輸出正比于輸入對(duì)時(shí)間的積分的環(huán)節(jié)。 動(dòng)力學(xué)方程： 傳遞函數(shù)： 特 點(diǎn)： 輸出量為輸入量對(duì)時(shí)間的積累； 輸入消失，輸出具有記憶功能。 ?? dttxTtx io )(1)( TssG 1)( ?Xo(s) Xi(s) 積分環(huán)節(jié) 比例積分調(diào)節(jié)器 1T當(dāng)輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)時(shí) 21 1 1()oXs T s s T s? ? ?系統(tǒng)輸出為： 經(jīng) Laplace反變換 后，系統(tǒng)的 輸出 ： Xi(t) t Xo(t) Xo(t) Xi(t) 0 T 其特點(diǎn)是輸出量為輸入量對(duì)時(shí)間的累積 ， 輸出幅值呈線性增長(zhǎng) ， 對(duì)于階躍輸入 ， 輸出要在 t=T時(shí) ， 才等于輸入 ， 故有 滯后作用 。 經(jīng)過一段時(shí)間的積累后 ， 當(dāng)輸入為 0時(shí) ， 輸出不再增加 ， 保持該值不變 ， 具有 記憶功能 。 在系統(tǒng)中凡有儲(chǔ)存或積累特點(diǎn)的元件 ， 都具有積分環(huán)節(jié)的特性 。 積分環(huán)節(jié)常用來改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 。 比例積分調(diào)節(jié)器 比例積分微分調(diào)節(jié)器 ? 比例環(huán)節(jié)：即成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。 ?積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) TI， TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 ? 微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) (變化速率 )，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。 ? 小結(jié) 積分控制的特點(diǎn)；它能消除靜態(tài)誤差，但是控制緩慢。所以，實(shí)用中一般不單獨(dú)使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來，構(gòu)成比例積分（ PI）控制。這樣取二者之長(zhǎng)，互相彌補(bǔ)，既有比例控制作用的迅速及時(shí)，又有積分控制作用消除靜態(tài)誤差的能力。比例積分控制器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制器。 ? 微分控制的作用：微分控制作用的特點(diǎn)是：動(dòng)作迅速，具有超前調(diào)節(jié)功能，但對(duì)于恒定偏差輸入時(shí)，微分控制根本就起不到控制作用。 大部分控制系統(tǒng)不需要調(diào)節(jié)微分時(shí)間。因?yàn)橹挥衅畛删€性變化的系統(tǒng)才需要附加這個(gè)參數(shù)。如果微分控制使用不當(dāng)反而會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定 關(guān)于控制環(huán)節(jié)問題的幾點(diǎn)說明： ?控制環(huán)節(jié)以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ) ， 按運(yùn)動(dòng)微分方程來劃分 一個(gè)環(huán)節(jié)并不一定代表一個(gè)物理元件 （ 或子系統(tǒng) ） 一個(gè)物理元件 （ 或子系統(tǒng) ） 也不一定就是一個(gè)傳遞函數(shù)環(huán)節(jié) ?區(qū)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之物理框圖和分析系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖 ?同一個(gè)物理元件在不同系統(tǒng)中 ， 其傳遞函數(shù)可能不同 傳遞函數(shù)同所選擇的輸入和輸出物理量有關(guān) ， 并非一成不變 相似系統(tǒng) ： 能用形式相同的數(shù)學(xué)模型來描述的物理系統(tǒng)； 相似量 ： 微分方程或傳遞函數(shù)中占相同位置的物理量。 一、相關(guān)定義： 二、相似原理應(yīng)用價(jià)值： ?可以用相同數(shù)學(xué)方法對(duì)相似系統(tǒng)進(jìn)行研究； ?相似的系統(tǒng)可以作類比研究。 三、相似原理案例分析： kcf ymiuL RCm y + c y + k y = f. . .kcsmssFsYsG???? 21)()()( uidtCRidtdiL ??? ?1kCRsLssUsQsG11)()()(2 ???? uCRqLq ???1. ..常用物理量分類 機(jī)械平動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 電氣系統(tǒng) 力 F 轉(zhuǎn)矩 T 電壓 u 質(zhì)量 m 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 電感 L 粘性摩擦系數(shù) f 粘性摩擦系數(shù) f 電阻 R 彈簧系數(shù) k 扭轉(zhuǎn)系數(shù) k 電容的倒數(shù) 1/C 位移 x 角位移 θ 電荷 q 速度 v 角速度 ω 電流 I ?物理本質(zhì)不同的系統(tǒng)可以有相同的數(shù)學(xué)模型 ?同一數(shù)學(xué)模型可以描述物理性質(zhì)不同的系統(tǒng) 例：已知機(jī)械系統(tǒng)如圖，求其相似的電氣系統(tǒng)。 K2 C2 m K1 C1 R1 C1 C2 R2 L 機(jī)械平動(dòng)系統(tǒng) 電氣系統(tǒng) 力 F 電壓 u 質(zhì)量 m 電感 L 粘性摩擦系數(shù) f 電阻 R 彈簧系數(shù) k 電容的倒數(shù) 1/C 位移 x 電荷 q 速度 v 電流 I 實(shí)例： 汽車懸掛系統(tǒng) 當(dāng)汽車行駛時(shí)，輪胎的垂直位移作用于汽車懸掛系統(tǒng)上，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)由質(zhì)心的平移運(yùn)動(dòng)和圍繞質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 車體 車架 質(zhì)心 汽車懸掛系統(tǒng)（垂直方向） ? ? ? ? ? ?)()()()()()()( 121 txtxKtxtxDtxtxKtxm ioo ?????????? ? ? ? ?)()()()()( 22 txtxDtxtxKtx ooo ?????????m2 m1 K2 D K1 xi(t) xo(t) x(t) 簡(jiǎn)化的懸掛系統(tǒng)（垂直方向） 演講完畢，謝謝觀看！
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