中科大版--现代控制系统（必威体育精装版版）精品电子教案第八章频率响应法.ppt

例8.7 六足机器人的单足控制 Ambler是卡内基梅隆大学正在开发的六足机器人本例研究单足的定位控制 8.6 设计实例 执行机构和单足的传递函数，输入为给执行机构的电压指令，输出为单足在竖直方向位移： 8.6 设计实例 控制目标：控制机器足的位置，并在存在测量噪声时保持机器足的位置 被控变量：机器足的位置Y(s) 期望机器足尽快移动到指令位置，且超调量要最小。起始目标是设计一个能移动的系统（尽管慢），初始设计时，控制系统的带宽较低 设计指标： DS1：闭环带宽大于1Hz DS2：阶跃输入百分比超调量小于15% DS3：阶跃输入稳态跟踪误差为零 设计指标DS1、DS2保证系统跟踪性能 设计指标DS3很容易满足，系统固有部分（执行机构/足）传递函数是1型系统，保证对阶跃输入的稳态误差为零 8.6 设计实例 确立控制目标 确定被控变量 给出设计指标 确立系统结构 建立过程、执行机构、传感器的模型 确定控制器并选取需要调整的关键参数 优化关键参数并分析系统性能 系统性能不满足设计指标则重新选择系统结构 系统性能满足设计指标结束设计 控制机器足位置，有干扰时保持期望位置 机器足位置 如图 见方程 六足机器人控制系统设计过程中的要素 设计指标： DS1：ωb1Hz DS2：P.O.15％ DS3：阶跃输入稳态误差为零 见方程 8.6 设计实例 采用控制设计软件 先绘制G(jω)各零点、极点因子的相频特性渐近线，迭加可以得到G(jω)的近似相频特性 常数增益：相角为0° 原点处的极点：相角为-90° ω=2处的极点：相角近似为三段直线，ω=2处相角为-45° ω=10处的零点：相角近似为三段直线，ω=10处相角为+45° ωn=50的共轭复极点：采用准确的相频特性 各基本因子相频特性渐近线迭加，得到相频特性近似曲线，可以确定实际相频特性的基本形状，估计系统在某些特殊频率点的相角 8.2 频率响应图 8.2 频率响应图 在实际使用Bode图时，通常先用G(jω)的幅频和相频近似曲线确定重要的频率或频段 然后再在较小的范围内，用公式准确计算系统的实际相角和幅值 分析、设计控制系统时，最关心对数幅频特性为0dB、相频特性为-180°的频率点 从近似相频特性可知，ω=46时，相角为-180° ω=46时，实际相角为： 8.2 频率响应图 从图中可以精确得到某些特殊频率的幅值和相角特性 8.2 频率响应图 用正弦信号测量控制系统的开环频率响应，获得增益、相角随频率变化的曲线，利用这2条曲线，导出开环频率特性GH(jω) 测量控制系统的闭环频率响应T(jω) ，导出实际的闭环传递函数 波形分析仪wave analyzer，在输入正弦波的频率改变时，测量幅值、相位的变化 传递函数分析仪transfer function analyzer，测量开环、闭环传递函数 典型的信号分析仪可完成从直流到100kHz范围的频率响应，内置分析和建模功能，可以由测量得到的频率响应推断极点、零点，或对用户提供的模型给出频率响应 8.3 频率响应测量 8.3 频率响应测量 扫频仪 　　在电子测量中，经常遇到对网络的阻抗特性和传输特性进行测量的问题，其中传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性等。用来测量前述特性的仪器称为频率特性测试仪，简称扫频仪。它为被测网络的调整，校准及故障的排除提供了极大的方便。 　　扫频仪一般由扫描锯齿波发生器、扫频信号发生器、宽带放大器、频标信号发生器、X轴放大、Y轴放大、显示设备、面板键盘、多路输出电源等部分组成。其基本工作过程是通过电源变压器将50Hz市电降压后送入扫描锯齿波发生器， 8.3 频率响应测量 就形成了锯齿波，这个锯齿波一方面控制扫频信号发生器，对扫频信号进行调频，另一方面该锯齿波送到X轴偏转放大器放大后，去控制示波器X轴偏转板，使电子束产生水平扫描。由于这个锯齿波同时控制电子束水平扫描和扫频振荡器，因此电子束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率。从左向右频率逐渐增高，并且是线性变化的。扫频信号发生器产生的扫频信号送到宽带放大器放大后，送入衰减器，然后输出扫频信号到被测电路。为了消除扫频信号的寄生调幅，宽带放大器增设自动增益控制器AGC。宽带放大器输出的扫频信号送到频标混频器，在 8.3 频率响应测量 频标混频器中与1MHz和10MHz或50MHz晶振信号或外频标信号进行混频。产生的频标信号送入Y轴偏转放大器放大后输出给示波管的Y轴偏转板。扫频信号通过被测电路后，经过Y轴电位器、衰减器、放大器放大后送到示波管的Y轴偏转板，得被测电路的幅频特性曲线。 8.3 频率响应测量 超低频频率特性测试仪PLT-A 一种多功能智能化