1基础知识_机电控制工程 高钟毓.ppt

* * 稳态误差 减小系统误差的途径 反馈通道的精度直接影响系统误差，要避免在反馈通道引入干扰 对于输入引起的误差，增大系统开环放大倍数，提高系统型次 对于干扰引起的误差，在前向通道干扰点前增大放大倍数 * * 瞬态响应 时域指标 阶跃输入 调整时间ts 超调量σ 上升时间tr 上升时间td * * * * 瞬态响应 频域指标 正弦输入 带宽BW 振荡度MP 剪切频率ωc 相位裕量φM 闭环 开环 * * * * * * * * 第六节 控制器设计 一般设计思路 确定受控系统物理组成 推导受控系统传递函数GP(s) 分析受控系统特性与需求间的差距 选择适当形式的控制器GC(s)补足受控系统的不足 根据已知条件，列写方程组，求解GC(s)中的未知数，或仿真确定参数 * * 增益提高，相对误差下降 * * 控制系统的设计要求 高的增益：准确 小的延迟：稳定和快速 * * PID控制器 比例：提供全频带的增益，可加宽系统频带，但降低稳定性 积分：提供低频增益，对高频影响小，但带来相位滞后，降低稳定性。 微分：提供高频增益（会放大噪声），相位超前，可改善稳定性和快速性。 积分控制器 引入积分校正使 低频增益↑，提高型次 相位裕量↓ 剪切频率？ 稳态误差↓ 稳定性↓ 不利于提高 引入积分控制的目的是 提高低频增益和型次，降低稳态误差 控制器设计 比例-积分 ( PI ) 控制器 当偏差大时， 当偏差小时， 比例控制起主要作用； 积分控制起主要作用。 控制器设计 既可以降低稳态误差，又可以调整(↑↓)剪切频率； 对相位裕量的影响也可以比较小。 当 控制器设计 微分部分：控制量正比于偏差变化率 当偏差变化快时， 当偏差变化慢时， 微分控制起主要作用； 比例控制起主要作用。 比例-微分 ( PD ) 控制器 控制器设计 PD校正器的作用： (1) 提供正的相位裕量 不稳定→稳定 超调量大→小 (2) 提高剪切频率 (快) PD校正器的缺点： 控制量高频噪声大 控制器设计 比例 微分 积分 误差大 误差变化快 误差积分大 快速接近期望值 降低振荡，“阻尼” 提高稳态精度 起作用的主要条件 效果 控制器设计 PID控制器可以校正哪些系统？ 控制器设计 开环传递函数 闭环传递函数 控制器设计 开环传递函数 闭环特征多项式 开环阶次 闭环阶次 可调极点个数 1 2 2 2 3 3 3 4 3 PID控制器可以 对（开环）2阶以下系统，任意配置极点 对（开环）3阶以上系统，配置3个主导极点 ——解决大部分线性SISO系统的控制问题 控制器设计 * * 超前－滞后控制器 超前环节：改善相位特性，增加稳定裕量。 滞后：抑制中频和高频增益，同时较惯性环节带来较小的相位滞后。 * * 实例 对象传递函数 * * 控制对象伯德图 * * 控制器 * * 控制器伯德图 * * 系统开环伯德图 * * 系统闭环伯德图 * * 本节作业 1.3、1.4、1.5、1.6 * * * 机电控制工程 * * 教师资料 姓名：张嵘 办公地点：五金库2006 联系方法：71335 E-mail：rongzh@mail.tsinghua.edu.cn * * * * 课程内容 机电系统建模 电机的原理与控制 伺服系统分析 实验 教学计划 第1~8周 讲课 第9~14周 实验 第15周 课程设计讨论 第16周 考试 * * 考核要求 项目 比例 备注 作业 15％ 布置后两周内交齐，过时无效 实验 30％ 实验完成后两周内交齐，过时无效 大作业 15％ 第16周交齐 考试 40％ 开卷 * * 机电控制工程 第一章 基础知识 * * 概述 内容 术语定义 典型机电控制系统（自学） 系统数学模型 系统响应 性能指标 控制器设计 * * 术语 系统 定义 任何存在因果关系的一组物理元件 输入：因 输出：果 数学模型 线性、定常、确定、集中参数、动态 常系数线性微分方程 物理特性 机电系统 第一节 术语定义 * * 控制与控制系统 控制 按照预先给定的目标，改变系统行为或性能的方法 控制系统 靠调节能量输入的方法，使得某些物理量受到控制的一类系统 * * 控制系统分类 开环、闭环控制系统 * * 控制系统分类 串联、串并联 * * 控制系统分类 复合控制系统 前馈控制器引入输入信号的导数分量， 加快系统对输入信号的响应速度 * * 控制系统分类 模拟、数字控制系统 调节、跟踪、伺服、过程控制系统 * * 第二节 典型机电控制系统 本节自学 * * 第三节 系统数学模型 概述 目的 了解控制对象的特性 进行定量分析 构成 物理定律和系统关系 特