[工学]《自动控制原理》第六章:控制系统误差分析.ppt

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[工学]《自动控制原理》第六章:控制系统误差分析

自控原理与应用 第六章:系统误差分析 能源与动力工程学院 喻方平 Yu_fph@163.com 反馈系统的开环与闭环传递函数 §6-1 稳态误差及其基本分析方法 §6-2 输入引起的稳态误差及静态误差系数 §6-3 干扰引起的稳态误差 导致系统产生稳态误差的因素很多,本节只讨论由于系统本身的结构、参数及外作用的形式不同而引起的 (原理性) 稳态误差;而不讨论由于系统元件的间隙、静摩擦、不灵敏区,以及放大器的零点漂移等原因所造成的 (工艺性) 稳态误差 对于图示的典型结构,控制系统的误差有两种定义方式: 误差方式定义的误差,是性能指标的一种提法,但在实际系统中有时无法测量,因而它一般只具有数学意义。 偏差方式定义的误差,在实际系统中是可以测量的,而且它具有一定的物理意义。 [注意]:一般情况下,系统的误差信号e(t)与系统的偏差信号 ε (t)是不同的,但对于单位负反馈系统而言,由于输出量的希望值就是输入信号,因而这两种定义方法是一致的。 对于单位负反馈系统:e(t)= xi(t) - xo(t) e(t) 也常称为系统的误差响应,它反映了系统在跟踪输入信号xi(t)和抗干扰n(t)的整个过程中的精度。求解误差响应 e(t) 与求解系统的输出量 xo(t)一样,对于高阶系统是相当困难的。由于我们分析和设计系统时所关心的是系统的稳态误差,因此问题得以简化。 其应用条件是, 误差e(t)的拉氏变换E(s)在 s 平面的右半平面以及虚轴上 (原点除外)处处解析,即没有极点。 对于输入引起的误差,定义了误差传递函数,偏差呢,也可以定义传递函数?; 偏差的定义为ε= xi -y(t)= xi-HGε。 ε(t) = xi(t) - y(t) 分析输入引起的稳态误差ess1与系统的结构、参数以及输入形式之间的关系。 输入函数的次数不能高于系统开环定义类型数 纯积分环节的存在,使系统稳态误差为零 开环增益K越大,误差越小。 静态位置误差,静态速度误差,静态加速度误差 单位反馈系统,误差等于偏差; 输入0次 静态位置误差系数反应阶跃输入下稳态精度。其为开环静态增益。Kp越大误差越小; 输入1次 速度误差系数反应斜坡输入下稳态精度。 加速度误差系数反应加速度误差输入下稳态精度。 开环增益越大,精度越高;串入积分环节,可以提高稳定性和精度。 系统的稳态误差不仅与系统本身的结构、参数有关,而且还与外作用的形式有关。 * * + 系统的输入信号xi(t)与主反馈信号 y(t) 之差。 ess(t) ε(t) = xi(t) - y(t) 6-1 稳态误差的基本概念 稳态误差: 偏差: 一般情况下,系统的误差信号e (t )与系统的偏差信号 ε(t )是不同的。 理论(希望值)与实际值之差 误差: e(t)=xoi(t)- xo(t) =μ(p)xi(t) -xo(t) 一、基本概念 + 6-1 稳态误差的基本概念 E(s)=μ(s)Xi(s) -Xo(s) ε(s) =Xi(s) - Y(s) 拉氏变换: ε(t) = xi(t) - y(t) e(t)=μ(p)xi(t) -xo(t) 稳态时:Xi(s)近似等于Y(s),Xo(s) 近似等于Xoi(s); Y(s)=H(s)Xo(s) =Xi (s) Xoi (s) =μ (s) Xi (s) =μ(s) Y (s) =μ (s) H (s) Xo(s) + 6-1 稳态误差的基本概念 1、误差同偏差之间为简单的比例关系; 2、单位反馈系统,误差与偏差相同。 E(s)=μ(s)Xi(s) -Xo(s) ε(s) =Xi(s) - Y(s) Y(s)=H(s)Xo(s) ε(s) =Xi(s) - H(s)Xo(s) p198: 二、稳态误差的基本分析方法 1. 终值定理: 2. 利用终值定理计算系统的稳态误差: 3.步骤: ⑴判别系统的稳定性(只有稳定系统,计算其稳态误差才有意义); ⑵明确误差 e(t) 的定义形式,并写出其象函数 E(s)的表达式 ; ⑶应用终值定理计算稳定系统的稳态误差ess 。 试求图示系统总的稳态误差ess ? + (1)由于系统是一阶系统,故只要参数K1K2大于零,则系统就稳定。 解: (2)输入引起的误差: (3)干扰引起的误差: 例p203: (4)总误差: 6-2 输入引起的稳态误差 令系统中n(t)=0 非单位负反馈系统 单位负反馈系统 + 定义误差传递函数= 偏差: 误差? p198: 6-3 干扰引起的稳态误差 + ε(t) = xi(t) - y(t) 令系统中xi(t)=0 。 系统的稳态误差 + 对于单位负

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