9–模拟控制系统.ppt

9.1 模拟控制系统的组成9.2 控制系统的稳态特性分析9.3 控制系统动态特性分析 9.4 控制系统稳定性分析 9.5 控制系统特性的补偿 9.6 过程控制系统 9.1 模拟控制系统的组成 典型结构（负反馈系统） 9.3 控制系统动态特性分析 1 一阶惯性环节的时间响应和频率响应 3 含一个一阶惯性环节的闭环系统的动态分析——频率响应 9.5 控制系统特性的补偿 1 补偿环节与原系统环节的关系 2 基本补偿环节 第九章 模拟控制系统 由电子装置构成，接受控制指令 并放大到足以推动执行器工作 接受控制器的信号并输出足够大功率 以驱动控制对象的工作 系统部件，其传递特性 是系统的重要参数 检测控制对象的工作状态，并反馈到系统输入端 检测环节 e + x y 执行器 被控对象 被控量 给定量 控制器 sf ? 被控对象受模拟信号驱动和控制的系统，又称连续控制系统 比较控制指令和检测信 息，并输出调节信号 电动机的传递特性： ux=3V n=3000rpm uf=0.001n F=0.001 ue=ux-uf 0, =0, 0, Uf 3V, Uf =3V, Uf 3V, n3000rpm, n=3000rpm, n3000rpm, U↑ n ↑ U=60V n=3000rpm U↓ n ↓ 2 基本功能 偏差e 调节 自动调节 稳定性分析 动态特性分析 稳态精度分析 3 研究核心 特性的补偿 ue + ux n 含功率放大器的 执行器 电动机 含电压放大器的 控制器 uf ? U 线性检测环节F 例：闭环系统控制直流电动机的转速 9.2 控制系统的稳态特性分析 在稳定状态下，系统的实际输出达到期望输出的精确程度 1. 无差调节 （精度达100%的系统） 若实际输出=期望输出， xf=xi , xe=xi -xf =0 2. G为比例放大时，实现无差调节的条件 xo=Gxe 设为稳定输出 若无差调节，则xe为0 要求G→∞ 传递函数 F xe + xo xi G xf ? 3. G为比例放大时的系统调节误差 F xe + xo xi G xf ? 理想情况下 == H0 ? （G→∞） 系统稳态输出无偏差 实际情况下 （G为有限值） 1) 系统稳态误差 =理想无差系统输出-实际有差系统输出 系统的环路增益 系统的增益误差 3) 系统相对稳态误差 F xe + xo xi G xf ? 例：某温控系统的反馈系数F=0.005V/oC，G=20000oC/V， 若被控温度期望值xo=T=100oC,求 ⑴ 给定信号xi，⑵ 传递函数H，⑶ 实际输出To，⑷ 稳态误差 理想情况下， G→∞， 解： =200oC/V， 实际情况下， G=20000oC/V, =0.5V =198oC/V xi =xf =TF To =Hxi =99oC/V △To =(Ho-H)xi =1oC/V △To /T =1% 实际输出： 稳态误差： 相对稳态误差： 检测环节 e + x y 执行器 被控对象 被控量 给定量 控制器 sf ? 控制器电路、执行器电路具有惯性元件（电感L或电容C） 电动机等执行器有机械惯性 检测环节的传感器具有机械惯性、热惯性等 惯性元件 对激励的响应需要时间 对不同的信号频率反映不同 模拟控制系统存在 时间响应问题 频率响应问题 1) 一阶惯性环节的时域模型 + _ C R + _ ui uo (以RC电路为例,无初始储能) 由KVL uR+uC=ui 代入元件约束 uR=iR， 得到关系式 2) 一阶惯性环节的阶跃响应 时间常数t =RC是反映一阶惯性环节 时间响应快慢的重要参数，一般取(3~5)t + _ R + _ 3) 一阶惯性环节的频率响应 1 w c w | H ( j w )| 低通滤波器 4) 一阶惯性环节的s域模型 + _ 1/sC R + _ 1/(1+ts) Ui(s) Uo(s) + _ R + _ 2 含一个一阶惯性环节的闭环系统的动态分析——时间响应 0.001V/rpm Ue(s) + 10 被控参数Y(s) 控制信号 Ux 200 UF(s) ? 电压放大器 功率放大器 直流电动机 测速发动机 1) 传递函数 例 2) 时间响应 时间常数 以损失放大倍数为代价，使响应时间加快 0.001V/rpm Ue(s) + 10 被控参数Y(s) 控制信号 Ux 200 UF(s) ? 电压放大器 功率放大器 直流电动机 测速发动机 静态增益 转折频率： 以损失放大倍数为代价，使闭环系统的