第二章 控制系統的数学模型.pptVIP

  1. 1、本文档共60页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
  5. 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
  6. 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们
  7. 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
  8. 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多
第二章 控制系統的数学模型

第二章 控制系统的数学模型 2-1 控制系统的时域数学模型 1. 对控制系统的要求 对控制系统的要求最基本的是对系统的输出c(t)在时间域中 的变化情况而提出. 最简单的理想情况如下图所示, 既当系统被 输入一个 信号后, 系统输出 立即以 一定的比例关系变化. 但由于实际系统具有 质量, 惯性或延迟性及其它原因, 系统的 实际输出往往为如下三种图形中的一种: 前一屏的(a)(b)(c)三图中, 为在 输入信号下的理想输 出, 为实际输出. (a)图的实际输出是衰减振荡的,(b)图的 实际输出是等幅振荡的,(c)图的实际输出是发散振荡的. 由上面分析可知, 对控制系统的性能要求一般可归结为: 稳定, 并有一定的裕量; 符合要求的瞬态响应, 即系统的瞬态质量, 也叫系统的过渡 过程性能; (3) 符合要求的控制精度, 即对系统的稳态误差的要求. 因此在工程上无非是对已有的控制系统分析它的稳定性, 瞬态性能和稳态误差, 或根据用户提出的稳定性, 瞬态性能和 稳态误差的定量指标设计一个满足要求的控制系统, 如下图所 示: 对于分析或设计一个控制系统, 不能只满足于定性的分析或 设计, 而往往要求进行定量的分析或设计, 为此第一步的工 作就需求出系统中各个环节的数学模型, 进而获得系统的数 学模型. 2. 系统的数学模型 控制系统的数学模型, 是描述系统内部各物理量(或变 量)之间关系的数学表达式, 时域中数学模型的基本形式是微 分方程,而对于线性定常连续系统其最基本的时域数学模型为 常系数线性微分方程,其一般形式可表为: 下面通过一个具体的例子来说明建立数学模型的一般原则和 方法及步骤. 例1. 直流电动机的数学模型 直流电动机是在控制系统中常用的一种装置, 其示意 图如下所示: 确定直流电动机的输入量和输出量 上图表明, 直流电动机的激磁电流 , 从而 磁场恒定不变. 电机的转速与电枢电压 大小有关, 与负载力矩 的大小有关. 因此输入量有两个,一个 是电枢电压 , 另一个是负载力矩 输出量一个, 即转速 或角位移 列写原始方程式 将电动机分解成二个更简单的部分, 一个是电枢回路部 分, 另一个是机械转动部分. 由基尔霍夫定律, 电枢回路部 分原始方程为: 式(1)中, 是当电枢旋转时产生的一个与 方向相反的 感应电势. 根据力矩平衡原理, 机械转动部分的运动方程为 式(2)中, 是电枢电流产生的电磁转矩, 是电动机转动部分和负载折合到电动机轴上的转 动惯量. 是电动机转动部分和负载折合到电动机轴上的粘 性摩擦系数. (3) 消去中间变量 从式(1)和式(2)中可见, 是中间变量, 要 消去它们, 就要找出中间变量与其它因素间的关系. 感应 电势 正比于转速 和激磁电流 产生的磁通量 由于激磁电流是恒定的, 所以磁通量也恒定, 感应电势仅取 决于转速, 并可表示为: 式(3)中, 为反电势系数. 电动机产生的电磁转矩 是激磁磁通和电枢电流 的正比函数, 由于激磁磁通恒定, 故 可表为: 式(4)中, 为电动机转矩系数. 将式(1),(2),(3),(4)联立得: 消去中间变量 得电动机输入输出方程为: 如果电动机的输出轴配有滚珠轴承并涂高效润滑油, 则粘 性摩擦系数 可忽略不计, 如果电动机输出轴不带负载, 即 则式(5)可简化为: 若令: 为机电时间常数, 为电枢回路时间常数 则式(6)可写为: 有式(7)可知, 当电动机的转速稳定后, 不再变化, 则 , 从而 ,式(8)中 是电动机的传递系数. 由于电动机中的电枢回路有一个储能 元件 ,并且转动部分有惯性, 故描写电动机的微分方程式(7) 的左端必为二阶微分, 且有二个时间常数. 如果电动机电枢回路中的电感很小, 即电枢回路时间常数 很小可忽略不计, 则式(7)可简化为: 二阶微分方程简化为一阶微分方程, 给数学处理带来很大 的方便, 近一步, 如电动机为小型电动机, 其转动部分的 转动惯量 很小, 从而机电时间常数 很小可忽略不计,则 式(9)可近一步简化为 即式(8), 成为代数方程 例2. 电动机转速控制系统的数学模型 确定各环节的输入输出方程 运算器: 如采用的运算器仅起比例放大作用, 放大倍数为 , 则 测速发电机: 如采用的是小型测速发电机, 则其输入输出 方程为: 式(11)中 为测

文档评论(0)

1234554321 + 关注
实名认证
文档贡献者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档