控制系统的设计方法.ppt

第一种方法?第一种方法也称响应曲线法，是通过实验，求控制对象对单位阶跃输人信号的响应。如图所示。如果控制对象中既不包括积分器，又不包括主导共扼复数极点，则阶跃响应曲线呈S形。如图所示。如果阶跃响应不是S形，则不能应用此方法1显然，PID控制器有一个位于原点的极点和一对位于的零点。第二种方法2表中比例度，临界比例度。解：[例6.3]已知被控对象传递函数为：试用Z-N两种整定方法确定控制器参数，并绘制阶跃响应曲线。根据开环阶跃响应曲线，可以近似的取K=1，τ=5.35，T=20.86-5.35=15.51作为带有延迟的一阶环节模型。得PID控制器初始参数：kc=4,3Ti=11.8Td=2.9”对于[例6.3]，在给定PID初始参数kc=4.3，Ti=11.8，Td=2.9时下面介绍一种已知PID初始参数，求最佳PID参数的方法。参见教材P136~P141优化目标函数程序optm.m可见，系统性能大大改善。01由第2章可知：对象模型021)一阶倒立摆精确模型为：三.基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计2）若只考虑θ在其工作点附近θ0=0附近（-100θ100）的细微变化，则可以近似认为：F(s)θ(s)X(s)一阶倒立摆系统动态结构图电动机、驱动器及机械传动装置的模型假设：选用日本松下电工MSMA021型小惯量交流伺服电动机，其有关参数如下：驱动电压：U=0~100V额定功率：PN=200W额定转速：n=3000r/min转动惯量：J=3×10-6kg.m2额定转矩：TN=0.64Nm最大转矩：TM=1.91Nm电磁时间常数：Tl=0.001s电机时间常数：TM=0.003s经传动机构变速后输出的拖动力为：F=0~16N；与其配套的驱动器为：MSDA021A1A，控制电压：UDA=0~±10V。若忽略电动机的空载转矩和系统摩擦，就可以认为驱动器和机械传动装置均为纯比例环节，并假设这两个环节的增益分别为Kd和Km。模型验证尽管上述数学模型是经过机理建模得出，但其准确性（或正确性）还需要运用一定的理论与方法加以验证，以保证以其为基础的仿真实验的有效性。双闭环PID控制器设计F(s)θ(s)X(s)一阶倒立摆系统动态结构图剩下的问题就是如何确定控制器的结构和参数。(一）内环控制器的设计1．控制器结构的选择其中，Ks=1.6为伺服电动机与减速机构的等效模型2．控制器参数的整定首先暂定K=-20。这样可以求出内环的传递函数为：解得：系统内环传递函数为：3．系统内环的动态跟随性能仿真实验0102可见，系统开环传递函数可视为一个高阶（4阶）且带有不稳定零点的“非最小相位系统”，为了便于设计，需要首先对系统进行一些简化处理（否则，不便利用经典控制理论与方法对它进行设计）。对内环等效闭环传递函数的近似处理1.系统外环模型的降阶（二）外环控制器的设计由（1）得：由（2）得：（2）对象模型G1(s)的近似处理由（3）得：由（4）得：近似条件为：第6章控制系统的设计方法

6.1控制系统Bode图设计方法

一.Bode图超前校正设计超前校正设计是指利用校正器对数幅频曲线具有正斜率的区段及其相频曲线具有正相移区段的系统校正设计。这种校正设计方法的突出特点是校正后系统的剪切频率比校正前的大，系统的快速性能得到提高。相位超前校正主要用于改善闭环系统的动态特性，对于系统的稳态精度影响较小。由于α1，因此在S平面内极点位于零点左侧。复习关于在系统中串联超前校正装置的特性分析。最大超前角最大超前角频率处的对数幅值α=0.5α=0.1α=0.1α=0.5时的Bode图和Nyquist图α=0.1α=0.51）最大超前相位角与所对应的频率随α的减小而升高，并有关系式。2)处于两个转折频率的几何中心，即。3）3)超前校正环节提供的最大相位超前角约在550~650之间。若需要更大的超前角，可以采用多个超前校正环节串联。实现以上Bode图和Nyquist图的程序（不含图中部分标注）【例6-1】已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为：试用Bode图设计方法对系统进行超前串联校正设计，使之满足：（1）在斜坡信号作用下，系统的稳态误差（2）?系统校正后，相角稳定裕度γ有：43oγ48o。【解】(1)求K