工业系统的驱动、测量、建模与控制第24、25、26章.ppt

25.3.1　一阶线性常系数齐次微分方程的典型形式  一般输入量代表输入的激励信号，写在微分方程的右端，把输出量作为响应信号按导数的阶次列写在方程的左端。令微分方程的右端项x(t)为零，就得到相应的齐次方程，也称为零输入方程。为了便于进行一般分析，常把系统的齐次微分方程整理成某种典型形式。 25.3.2　二阶线性常系数齐次微分方程的典型形式  二阶线性定常系统的齐次方程的典型形式为 d2y(t)dt2+2ζωndy(t)dt+ω2ny(t)=0(25-23) 式中，y(t)是系统的输出量；ζ是系统的阻尼比，是一个无量纲值；ω是系统的无阻尼自然振荡频率。阻尼比ζ和无阻尼自然振荡频率ω是二阶线性定常系统的两个重要参数，这两个参数与系统的元器件参数有关。 25.4　一、二阶线性定常系统的单位阶跃响应  25.4.1　一阶线性定常系统的单位阶跃响应及时域分析 25.4.2　二阶线性定常系统的单位阶跃响应及时域分析 25.4.1　一阶线性定常系统的单位阶跃响应及时域分析 1.一阶线性定常系统的单位阶跃响应2.一阶线性定常系统单位阶跃激励下的时域分析 1.一阶线性定常系统的单位阶跃响应 图25-6　时间常数为2s的一阶线性定常系统的单位阶跃响应 2.一阶线性定常系统单位阶跃激励下的时域分析 图25-7　不同时间常数下一阶线性定 2.一阶线性定常系统单位阶跃激励下的时域分析 图25-8　时间常数为2s的一阶线性定 25.4.2　二阶线性定常系统的单位阶跃响应及时域分析 1.二阶线性定常系统的单位阶跃响应2.二阶线性定常系统单位阶跃激励下的时域分析 1.二阶线性定常系统的单位阶跃响应 图25-9　不同阻尼比下二阶线性定常系统的单位阶跃响应 2.二阶线性定常系统单位阶跃激励下的时域分析 图25-10　欠阻尼二阶线性定常系统单位阶跃响应的时域指标 25.5　系统的物理仿真  25.5.1　相似性原理25.5.2　系统物理仿真 25.5.1　相似性原理  我们已经见到，机械系统、电路系统、液位系统有相似的解析模型。对于前述几个一阶线性定常系统，输入作用力、输入电压、注入流量发生阶跃改变时，位移、输出电压、液位都按指数规律趋近一个稳态值。同样，对于前述两个二阶线性定常系统有相似的解析模型，如果阻尼比的取值范围相同，它们的阶跃响应之间也有相似性。这些现象是相似性原理的例子。 25.5.2　系统物理仿真  在工程实际中，有些系统的研究开发成本高、风险大，往往不能轻易直接在真实系统上进行激励-响应试验，例如航天器运载火箭控制系统。在这些系统的研究开发中，常采用数学模型相似、成本低、易实现的另一个对象B来模拟真实对象A，这种方法称为物理仿真(Simulation)。 25.6　训练内容 1.了解系统解析建模的方法。2.理解机械、电路、液位等一、二阶线性定常系统的微分方程。3.掌握一、二阶线性定常系统的单位阶跃响应及各项时域指标。4.会利用解析模型进行一、二阶线性定常系统时域分析。5.了解系统物理仿真的意义。6.掌握一、二阶线性定常系统的物理仿真方法。 25.6　训练内容 图25-11　一阶线性定常系统的物理仿真测试电路 25.6　训练内容 图25-12　有源二阶线性定常系统电路 25.7　阅读材料  线性系统：如果一个系统满足齐次性和可叠加性，称为线性系统。对于一个线性系统，激励增大或减小时，响应会等比例地增大或减小，两个激励同时作用的响应等于这两个激励单独作用的响应之和。因此，可以分别研究线性系统对几个激励的响应，对这几个响应求和，就得到这几个激励同时作用下系统的响应。 非线性系统：不具有上述性质的系统是非线性系统。许多实际的工业系统中，很多元器件特性是非线性的，变量之间存在非线性关系，因此构成的系统是非线性系统。常见的非线性有：在接近输入量范围上限的信号激励下，元器件的输出可能达到饱和；元器件还可能存在死区，在输入量范围下限附近的小信号激励时无法给出响应。 第26章　工业系统的PID控制 26.1　开环控制系统与闭环控制系统26.1.1　开环控制系统26.1.2　闭环控制系统26.1.3　控制系统的品质和性能指标26.2　PID控制26.2.1　模拟PID控制器26.2.2　数字PID控制26.3　PID控制参数整定26.3.1　采样周期的选择26.3.2　参数整定 26.4　训练内容26.5　阅读材料  26.1　开环控制系统与闭环控制系统  26.1.1　开环控制系统26.1.2　闭环控制系统26.1.3　控制系统的品质和性能指标 26.1.1　开环控制系统 图26-1　交流异步电动机转速开环控制系统 26.1.2　闭环控制系统 图26-2　交流异步电动机转速闭环控制系统 26.1.2