线性系统应用实例课件.ppt

8.6 桥式吊车工作过程自动调节在状态空间分析中的设计与计算;1 现代调节技术---基础理论与分析方法，龚乐年，东南大学出版社，20032 现代控制理论题解分析与指导，龚乐年，东南大学出版社，2005;主要内容;虱荧刀济独穆斧板钝阮劈号娜沥钠动挣钧腕剂者碎拥拭戏旨度免倚倾瞎诣线性系统应用实例课件线性系统应用实例课件;睹揽违谆蓟芋幌募围购硫孜哭车悔凄嚣妊侠如灌尊袍滥敖珍柏技况元株扳线性系统应用实例课件线性系统应用实例课件;sA; 一般情况下，吊车的工作任务在于：首先将负载从地面上吊至一个预先规定的位置(改变zB)，然后再送至某个对象的上方(改变sA) ，最后将负载在一个确定的位置上卸下(再次改变zB); 为简化分析又不失一般性，下面将吊车工作过程自动调节(控制)的设计任务仅限于：1） 对用来驱动并与系统瞬时状态有关的小车之马达这样加以控制，使小车在s轴上（y=0）能从一个起始位置变化至另一个事先规定的位置，并最后在那里停下来（这个过程中负载的重量与绳索长度均保持不变，即系统参数可视为常数）。2）要求工作过程有个较好的动态特性。; 与上述3个力平衡方程相对应，在假定绳索长度l不变条件下，还可得如下两个运动学方程：; 最后，把式(8)、(9)代入式(6)、(7)后可分别得：; 从调节（控制）技术角度讲，常可采用某种调节（控制）手段，如全状态反馈闭环调节（控制），使θ 角的变化（相对于稳态值的偏差量）控制在一个很小的范围内，例如 ，在此前提下，就可以进行如下近似处理，即令:;8.6.2 小车驱动装置的数学描述;（16）;（20b）;（22a,b）;（25a）;8.6.4 行车系统对应的方框图;KA/(TAs+1); 利用上述参数，在初始条件x(0)=0(相当于小车静止地位于s-z平面的坐标原点)，且在直流电动机电压由0V阶跃地变化至10V时，经仿真计算可得如下响应曲线。;8.6.5 行车系统对应的(开环)特征值;8.6.6 调节对象(行车系统)自身动态特性分析;对系统响应曲线的分析（此时尚未采用闭环反馈调节）;4） 在t0以及小车被加速后，由于吊钩出现一个平均值为-0.02rad(负号表示摆动方向与小车前行方向相反)，周期为T=2.84s的无阻尼振荡(摆动)，这种摆动，也就是θ角的变化，又将通过a23的作用，使小车速度不断上升的速度减弱，这就是为什么 曲线会出现小波动的原因。;8.6.7 行车系统可控性分析; 由此可见，只要KA≠0以及mA、l和TA等参数为有限值，就能确保det(Wc) ≠0，即行车系统完全可控，显然对于一个实际的行车系统来说这个条件总是满足的。; 由二阶系统时域分析知，对于阶跃输入，为获得一条上升速度快、阻尼特性好且超调量小的输出响应曲线，可选择 ，至于wn则可如下确定：二阶系统之输出在单位阶跃输入下为： ;误差带取2%，则有(式中ts即为调节时间) ： ;实际五阶系统的闭环期望特征多项式为： ;前置装置参数的确定; 在此示题中，若只重点分析sA，即x1的调节特性，则有y=x1=sA，以及C=c=[1 0 0 0 0]，因此可利用式(31)确定前置装置m之参数。由式(31)可求得m=0.6V/m。;仿真结果分析;从仿真图可以看出：;8.6.9 实际系统全状态观测器设计;2）仅利用可测输出量y2=x3=θ时能观测性分析;3）利用小车位置sA之测量设置全状态观测器;0 5 10 15 20 25 30;8.6.10 行车系统设计调节器以及全状态观测器后闭环调节特性分析;m;0 5 10 15 20 25 30;由图可知：;3）由上述知我们所采用的极点配置分析与全状态观测器设计对此行车系统是成功的。加入一个速度相当快的观测器只会对过渡过程的起始阶段产生一个较为明显的影响，而整个调节时间和所达到的稳态终值，与不设置观测器（即假定全部状态变量可测）相比，实际上可以认为两者相差无几。