自动控制原理课件之第三章时域性能指标时域分析(w).ppt

* 3.阶跃输入作用下 前述典型一阶,二阶系统均为1型,故稳态误差为零,与时域响应结论一致__称位置误差 * 统一用静态位置误差系数KP表示: 典型一阶,二阶系统开环传递函数 * 4.斜坡输入作用下 时稳态误差为常数__称速度误差 前述典型一阶,二阶系统均为1型,故斜坡输入 * 4.斜坡输入作用下 统一用静态速度误差系数KV表示: * 5.加速度输入作用下 * 5.加速度输入作用下 前述典型一阶,二阶系统均为1型,故加速度输入时稳态误差为无穷大__称加速度误差 统一用静态加速度误差系数KV表示: * 系统型别 静态误差系数 阶跃输入 斜坡输入 加速度 输入 Kp Kv Ka 位置 误差 速度 误差 加速度 误差 0 K 0 0 ∞ ∞ Ⅰ ∞ K 0 0 ∞ Ⅱ ∞ ∞ K 0 0 Ⅲ ∞ ∞ ∞ 0 0 0 抑制误差方法: 增加K,或改变类型 稳态误差小结 * 例3-12 设具有测速发电机内反馈的位置随动系统如图。要求计算r(t)分别为1(t),t,和t2/ 2时，系统的稳态误差，并对系统在不同输入形式下具有不同稳态现象进行物理说明。 * 例3-12 解： 系统开环传递函数为： r(t)分别为1(t),t, 和t2/ 2时，统的稳态误差分别为0，1，∞ 为1型系统，其静态误差系数分别 为Kp=∞,Kv=1,Ka=0. * 补充示例 设一速度控制系统结构图,已知:K1=14,KU=1.42V-1.S-1 , Kf=0.7V.S. 试计算:(1)当要求实际稳定转速为?(∞)=62.8 S-1, 输入电压是多少? (2)从输出端定义,稳态误差是多少? * 补充示例 输入电压u0应为 解:(1)从误差e(t)到输出?(t)之间的传递函数不 包含积分环节, (2)从输出端定义,稳态误差为 * 6.扰动作用下的稳态误差 由于在扰动信号N(s)作用下系统的理想输出应为零．故输山端误差信号为 系统会不同程度地受到扰动作用,扰动误差值反映了系统的抗干扰能力. * 6.扰动作用下的稳态误差 理想情况下,对任意形式的扰动,其稳态误差应该为0 * 计算方法: 终值定理 例3-13: 设比例控制系统, R(S)=R0/S为阶跃输入信号,M为比例控制器输出转矩；N（S）=n0/S为阶跃扰动转矩，试求系统的稳态误差。 * 计算方法: 终值定理 解：令扰动为0,系统开环传递函数为： 为Ⅰ型系统，其阶跃输入稳态误差为0. * 令输入为0,则系统在扰动作用下稳态误差为 分析:必定存在常值稳态误差,以进行平衡. 增加K1可抑制误差. 终值定理 * 控制系统分析 在比例控制系统中,通常只有增益可以调整,较难同时满足稳态和动态指标, 需要采用其他控制方式. 1.增大增益,稳态误差变小,系统阻尼减小,超调增大; 2.在高精度控制系统中,需要采用高增益使死区,间隙和摩擦等非线性因数的影响减到最低程度,不能任意降低开环增益以换取较小的超调量 . * 具有零点的二阶系统分析 比例微分控制波形图 a)比例控制时单位阶跃响应 b),c)误差及误差速率信号 比例微分控制可以显著改善 系统动态性能，相当于增加 系统阻尼。 * 具有零点的二阶系统分析 比例微分控制相当于给控制系统增加了一个闭环零点；增加了系统阻尼，不改变系统自然震荡频率。 闭环零点改变各分量的比重 * 例3.3：设单位反馈开环传递函数为 其中K为开环增益。已知系统在单位斜坡函数输入时稳态误差 ，若要求 试确定系统参数K和Td 的值，并估算系统在阶跃函数作用下的动态性能。 解： 系统闭环特征方程式 MATLAB仿真验证 * 例3.3：设单位反馈开环传递函数为 其中K为开环增益。已知系统在单位斜坡函数输入时稳态误差 ，若要求 试确定系统参数K和Td 的值，并估算系统在阶跃函数作用下的动态性能。 解： 系统闭环特征方程式 MATLAB仿真验证 * 测速反馈控制 1.增加了系统阻尼，不改变系统自然震荡频率；2. 没有增加闭环零点 3. 增大稳态误差 * 3-4高阶系统的时域分析 在控制工程中几乎所有的控制系统都是高阶系统； 高阶系统的分析方法： 1. 解析法 2. MATLAB分析法 * 高阶系统的解析法 n阶系统具有n个极点,n自由模态: 如三阶系统 阶跃响应 * MATLAB法 阶跃响应: f4.mdl 改变闭环极点,零点的阶跃响应: * 高阶系统的解析法 闭环极点数为自由模态数,距离虚轴远,衰减迅速;各项系数与