機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)課件ppt-展示頁(yè)
2024-12-17 10:05本頁(yè)面
【正文】 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 數(shù)字控制系統(tǒng)分析 控制信號(hào)的采樣與復(fù)原 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理： 1）將連續(xù)時(shí)間信號(hào) … .離散化，即經(jīng)過(guò)采樣、量化，編碼成數(shù)字量后，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理，由采樣／保持電路和 A／ D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。 (5)當(dāng) ζ0 時(shí)，稱二階系統(tǒng)為負(fù)阻尼系統(tǒng)，此時(shí)為 兩個(gè)正實(shí)部的特征根 系統(tǒng) 發(fā)散而 不穩(wěn)定。系統(tǒng)有一對(duì)純虛根。 (2)當(dāng) ξ=1 時(shí)，稱為臨界阻尼狀態(tài)，系統(tǒng)有一對(duì)相等的負(fù)實(shí)根。 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 典型位置隨動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 圖 位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖 )()()( ttt cre ??? ?? )()( tKte es?? )()( tAetea ? 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 dttdKtiRdttdiLte mbaaaaa)()()()( ???? )()( tiKtT aim ?dttdBdttdJtT memmemm)()()(22 ?? ?? )()(21 tNNtmc ?? ?Lmem JNNJJ 221 ??????????Lmem BNNBB 221 ??????????2121)1)(1()()(NNAKKsKKsTsTsBRNNAKKssisibemaemaisrc???????aaa RLT /? ememem BJT /?第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 控制系統(tǒng)性能分析 S ( S + 2 ξ ω n )ω n2R ( s ) C ( s )圖 3 8 標(biāo) 準(zhǔn) 形 式 的 二 階 系 統(tǒng) 方 塊 圖_圖 標(biāo)準(zhǔn)形式的二階系統(tǒng)方塊圖 2222)( nnnsss ????????02 22 ??? nn ss ??? 122,1 ???? ???? nns閉環(huán)傳遞函數(shù) 系統(tǒng)特征方程 系統(tǒng)特征根（閉環(huán)極點(diǎn)） 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 n?系統(tǒng)的極點(diǎn)是隨阻尼比 ? 和系統(tǒng)的無(wú)阻尼振蕩頻率 變化而變化的，極點(diǎn)在 S平面上的分布規(guī)律如圖 ?？梢?jiàn)，這組曲線具有嚴(yán)重的非線性因素。兩相分別產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，兩個(gè)交變磁場(chǎng)合成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 控制系統(tǒng)性能分析 控制系統(tǒng)的綜合與校正 數(shù)字控制系統(tǒng)分析 數(shù)字控制器設(shè)計(jì) 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 概述 2. 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性 1. 控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 圖 控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 圖 直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu) 執(zhí)行電動(dòng)機(jī) 1. 直流電動(dòng)機(jī) 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 圖 圖 激磁控制直流電機(jī)原理圖 )1()()(?? sTsKsEsmmam? )1()( )( ss KsE smfm ????m? ：為電機(jī)機(jī)械時(shí)間常數(shù) K ：為電機(jī)增益常數(shù) mK：為電機(jī)增益常數(shù) mT：為電機(jī)電樞時(shí)間常數(shù) 傳遞函數(shù) 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2. 兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 圖 兩相電機(jī)原理 參考相繞組接恒定的交流電壓，控制相繞組接交流控制電壓。兩相定子線圈互相垂直。 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 圖 電機(jī)力矩 速度曲線 圖 線性化的力矩 速度曲線 )1()()(2 ssKsEsmmm???? 傳遞函數(shù) ：為電動(dòng)機(jī)增益常數(shù) mKm?：為電動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù) 兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的力矩 速度曲線如圖 。將其線性化后得到圖 示力矩 速度曲線圖。 圖 3 9 二 階 系 統(tǒng) 極 點(diǎn) 分 布左 半 平 面 ξ 00 ξ 1ξ = 1兩 個(gè) 相 等 根jω nξ = 0ω d = ω nσjω nβξ = 0 jω 右 半 平 面 ξ 0ξ 1兩 個(gè) 不 等 根0圖 二階系統(tǒng)極點(diǎn)分布 (1)當(dāng) 0ξ 1時(shí)，稱為欠阻尼狀態(tài)，方程有一對(duì)實(shí)部為負(fù)的共軛復(fù)根。 (4)當(dāng) ξ=0 時(shí)，稱為零阻尼狀態(tài)。 (3)當(dāng) ξ1 時(shí)，稱為過(guò)阻尼狀態(tài)，系統(tǒng)有兩個(gè)不等的負(fù)實(shí)根。 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 S平面上不同位置時(shí)的特性 圖 等 ...線和等 ...線的分布 圖 S平面上不同位置極點(diǎn)的輸出響應(yīng)曲線 ?n?第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 圖示： ??j 頻率 放大 tjtst eee ?? ???? js ??。 2）計(jì)算機(jī)根據(jù)某個(gè)控制算法，對(duì)輸入的數(shù)字序列 … .加以一系列的運(yùn)算，得到控制量 (數(shù)字序列 )… .。 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 （ 1）信號(hào)采樣的概念 ●采樣：把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的采樣信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。 圖 采樣過(guò)程 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 ● 采樣類型： 在采樣過(guò)程中，采樣周期 T保持不變 —— 周期采樣 ； 在整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有多個(gè)采樣開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)的采樣周期都為相等的常數(shù)，并且所有的開(kāi)關(guān)都同時(shí)開(kāi)閉 —— 同步周期采樣 ； 各采樣開(kāi)關(guān)以各自不同的采樣周期進(jìn)行采樣 —— 多速率采樣 ； 各采樣周期是隨機(jī)變化 —— 隨機(jī)采樣 。 圖 理想采樣開(kāi)關(guān)后所得的采樣脈沖序列 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 （ 2）信號(hào)采樣的數(shù)學(xué)描述 1）脈沖函數(shù)的采樣性質(zhì) ●脈沖函數(shù) … 如圖所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 …… …………………………………………………… () ● 脈沖強(qiáng)度 …………………………………………………… () ● …… 的采樣性質(zhì) …… k＝ 0， 1， 2， …… () 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 ● 采樣信號(hào) …… 的形成 由于 δ 函數(shù)具有采樣性質(zhì)，故可認(rèn)為理想采樣開(kāi)關(guān)閉合一次，相當(dāng)于在該時(shí)刻作用一個(gè)單位脈沖函數(shù)。單位脈沖函數(shù)為 …………………………………………………… () 則 …… 可以看成是 …… 被連續(xù)信號(hào) …… 調(diào)幅的結(jié)果。因此，采樣函數(shù) …… 可表示為 …………………………………………………… () 式中， …… 則表示在 kT 采樣時(shí)刻所得到的離散信號(hào)值。 （ 1）采樣信號(hào)的頻譜分析 …………………………………………………………… () ……. …… 為 …… 的拉氏變換， …… 為 …… 拉氏變換。 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 1）物理意義 采樣信號(hào) …的頻譜 ……在高頻部分重現(xiàn) … 頻譜 ……… 。 （ 2）香儂定理 若 …… 是一個(gè)帶寬為 2…… 的有限帶寬信號(hào)，則由采樣信號(hào) ……… 能夠無(wú)失真地恢復(fù)到原信號(hào) ……… 的條件為 ……………… ≥2 ………… 其中 , ……………… 為采樣角頻率。 工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的 3到 5倍 。 理想保持器的頻譜 （ 3）保持器 保持器： 將離散的采樣信號(hào)恢復(fù)到原連續(xù)信號(hào)的裝置。 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 零階保持器：將前一個(gè)采樣時(shí)刻的采樣值 ……… 保持到下一個(gè)采樣時(shí)刻 ……..… ，如圖 。 圖 零階保持器的頻譜特性 第 3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 Z變換與 Z反變換 （ 1） Z變換的定義 sTez
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