机械电子系统的建模与控制.ppt

此页须细看、细讲，前文未提及，刚度应该如何折算？ 刚度的折算与前面所述的转动惯量、粘性阻尼系数的则算方法类似 * 此页须细看、细讲，前文未提及，刚度应该如何折算？ 但是需注意的是刚度的串并联问题与电阻的串并联正好相反，用两个弹簧的串并联问题来说明。 * 阻尼的折算方法应该提及，或者让学生根据功守恒原则进行推导。 转角的折算方法和原则。 粘性阻尼只有运动平台有，转轴没有。 * 疑问：T上哪儿去了呢？问彭高亮或者石胜君老师。 * 为什么有q2与h之间的关系式呢？ * 没看懂。 * “基尔霍夫”又有翻译称“克希荷夫” * If是什么东西？此处简述直流电动机的工作原理。 * 如何通过极点分布判断系统稳定性的问题将在第四章中进行阐述。 * G（s）=Ts/(Ts+1) * 解释时间常数T。 * 简要阐述，让学生形成初步印象，在二阶振荡环节中再详细阐述。 * 2) 增加了系统阻尼 增加微分环节 分母中s的系数与阻尼有关 分母中s的系数与阻尼有关 比例微分调节器 典型环节—积分环节 定 义：输出正比于输入对时间的积分的环节。 动力学方程： 传递函数： 特 点：输出量为输入量对时间的积累； 输入消失，输出具有记忆功能。 Xo(s) Xi(s) 积分环节 2.4.3 比例积分调节器 当输入信号为单位阶跃信号时 系统输出为： 经Laplace反变换后，系统的输出： Xi(t) t Xo(t) Xo(t) Xi(t) 0 T 其特点是输出量为输入量对时间的累积，输出幅值呈线性增长，对于阶跃输入，输出要在t=T时，才等于输入，故有滞后作用。经过一段时间的积累后，当输入为0时，输出不再增加，保持该值不变，具有记忆功能。 在系统中凡有储存或积累特点的元件，都具有积分环节的特性。积分环节常用来改善系统的稳态性能。 比例积分调节器 比例积分微分调节器 1、比例环节：即成比例地反应控制系统的偏差信号e，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。?2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。? 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。 小结积分控制的特点；它能消除静态误差，但是控制缓慢。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分（PI）控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除静态误差的能力。比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器。  微分控制的作用：微分控制作用的特点是：动作迅速，具有超前调节功能，但对于恒定偏差输入时，微分控制根本就起不到控制作用。大部分控制系统不需要调节微分时间。因为只有偏差成线性变化的系统才需要附加这个参数。如果微分控制使用不当反而会延长系统的调节时间，不利于系统稳定  关于控制环节问题的几点说明： 控制环节以传递函数为基础，按运动微分方程来划分 一个环节并不一定代表一个物理元件（或子系统） 一个物理元件（或子系统）也不一定就是一个传递函数环节 区别系统结构之物理框图和分析系统的传递函数框图 同一个物理元件在不同系统中，其传递函数可能不同 传递函数同所选择的输入和输出物理量有关，并非一成不变 相似系统：能用形式相同的数学模型来描述的物理系统； 相似量：微分方程或传递函数中占相同位置的物理量。 一、相关定义： 二、相似原理应用价值： 可以用相同数学方法对相似系统进行研究； 相似的系统可以作类比研究。 2.5传递函数相似原理 三、相似原理案例分析： 常用物理量分类 机械平动系统 机械转动系统 电气系统 力F 转矩T 电压u 质量m 转动惯量J 电感L 粘性摩擦系数f 粘性摩擦系数f 电阻R 弹簧系数k 扭转系数k 电容的倒数1/C 位移x 角位移θ 电荷q 速度v 角速度ω 电流I 物理本质不同的系统可以有相同的数学模型 同一数学模型可以描述物理性质不同的系统 例：已知机械系统如图，求其相似的电气系统。 K2 C2 m K1 C1 R1 C1 C2 R2 L 机械平动系统 电气系统 力F 电压u 质量m 电感L 粘性摩擦系数f 电阻R 弹簧系数k 电容的倒数1/C 位移x 电荷q 速度v 电流I 实例：汽车悬挂系统 当汽车行驶时，轮胎的垂直位移作用于汽车悬挂系统上，系统的运动由质心的平移运动和围绕质心的旋转运动组成。 车体 车架 质心 汽车悬挂系统（垂直方向） m2 m1 K2 D K1 xi(t) xo(t) x(t) 简化的悬挂系统（垂直方向） 输入?系统