智能控制课件第0章控制系统及其性能指标.ppt

1,智能控制理论及应用,主讲： 郭世明 联系电话电子邮箱：,2,课程学习要求：,学习、理解、掌握智能控制的基本思想。 通过实例了解智能控制的应用。 考核方式：闭卷考试。 题型：判断、选择、问答。,3,0章 控制及其性能指标,0.1控制的类型 手动控制 自动控制 开环控制 闭环控制 断续控制 连续控制,4,0.2控制系统的性能指标,一个控制系统的性能指标主要包括： 1.动态性能指标； 2.静态性能指标。 这些性能指标用于评价或考核控制系统的品质。,5,控制系统的控制量,一个控制系统的被控制量，可以是电机转速、加热炉温度,也可以稳压电源的电压、电流。 下面以电气传动系统为例说明各项性能指标的含义。,6,03调速系统的静态指标,静态性能指标主要指在控制信号和扰动信号作用结束后34倍动态调节时间后的系统输出实际值的各项性能指标。 （1）稳态调速精度 （2）静差率 （3）调速范围 （4）稳速精度 （5）转速分辨率,7,（1）稳态调速精度,稳态调速精度是转速给定值n*与实际值n之差n的相对值()，其基值为电动机额定转速nN。在计算n 时，要考虑三个导致转速变化的因素： (1)负载转矩变化(从空载至额定转矩TN)； （2）环境温度变化(10)； （3）供电电网电压变化(-5+10)。,8,（2）静差率,静差率又称为转速变化率，是指在某一设定转速下，负载由空载(01TN)到额定负载（TN）变化时，空载转速n0与额定负载下的转速n之差的相对值(),9,（3）调速范围,调速范围又称为调速比，是指在符合规定的静差率条件下，电动机从最高转速nmax到最低转速nmin的转速变化倍数 .,10,静差率与调速范围示意图,11,（4）稳速精度,稳速精度是指在规定的电网质量和负载扰动条件下，按给定转速在规定的运行时间T内连续运行，每隔一定时间间隔ts测量一次转速平均值，取其中的最大值ntmax和最小值ntmin。稳速精度值()按下式计算。,12,稳速精度示意图,稳速精度,13,（5）转速分辨率,在数字控制调速系统中，转速设定值被量化后，严格说来调速是有级的。转速分辨率是指相邻两级转速设定之差n的相对值()，其基值是最高转速设定值n*max，即,14,0.4 调速系统的动态指标,动态性能指标主要是指在给定信号或扰动信号作用下，系统输出的动态响应中的各项指标。,15,0.4.1 阶跃给定信号响应指标,在一般电气传动控制系统中，典型的响应特性是速度给定、电流给定(或转矩给定)在阶跃变化后，实际速度、实际电流(或实际转矩) 跟随给定变化的时间响应曲线，见图,y1一阶跃给定值 t0一信号传输时间 tm一实际值达到最大峰值的时间 Tan响应时间 tr一调节时间 一动态响应偏差带,16,(1)响应时间tan,又称起调时间，是指在规定的运行和使用条件下，施加规定的单位阶跃给定信号，系统实际值第一次达到给定值的时间。,17,（2）动态响应偏差带,实际值与给定值相比较的正负偏差值范围，以实际值与给定值相比较的偏差值除以最大给定值的百分数表示，如果没有特别规定，该偏差带一般为2左右：,18,（3）超调量,实际值超过给定值的最大数值除以最大给定值的绝对值以百分数表示。,式中 y（tm）实际值超过给定值的最大数值； y1给定值； ym最大给定值。,19,（4）调节时间tr,实际值进入偏差带、且不再超出该偏差带的时间。,20,（5）振荡次数N,实际值在tr调节时间内围绕给定值摆动的次数。,21,0.4.2 阶跃扰动信号作用下的指标,这些指标是指在给定不变情况下，在阶跃扰动作用下的控制系统性能指标，主要以动态波动量、回升时间、恢复时间和动态偏差面积等指标衡量，见图。 速度控制系统中的负载转矩跃变、电网电压快速波动等一般属于阶跃变化的扰动信号。一般在额定阶跃转矩扰动下考核各项指标。,22,（1） 动态波动量m,在动态扰动下，实际值与给定值的最大偏差绝对值与最大给定值之比，以百分数表示。,式中 y(tmd)实际值与给定值的最大偏差 y1给定值； ym最大给定值。,系统对阶跃扰动信号的动态相应,23,（2）动态波动恢复时间tre,在动态扰动下，实际值从开始波动到第一次恢复到偏差带的时间。,24,（3）动态调节时间trg,实际值在动态扰动下从开始波动到恢复至偏差带、且不再超出偏差带的时间,25,（4）动态偏差面积Am,动态波动量m与动态波动恢复时间tre 的乘积的12作为动态偏差面积。,Am是衡量电气传动控制系统最重要的动态性能指标之一。,26,05 反馈控制规律,转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有下述三个基本特征，也就是反馈控制的基本规律。 各种不另加其他调节器的基本反馈控制系统都服从于这些规律。,27,（1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。,从静特性分析中可以看出，闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的稳态性能越好。 然而，只要所设置的放大器仅仅是一个比例放大器，即KP=常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。 因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。 实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的。,28,（2)反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。,反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用，但完全服从给定作用。 除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都叫做“扰动作用”。,29,给定和扰动的作用,交流电源电压的波动(使K。变化)、电动机励磁的变化(造成C。变化)、放大器输出电压的漂移(使K。变化)、由温升引起主电路电阻的增大等等，所有这些因素都和负载变化一样，最终都要影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。,但是，如果在反馈通道上的测速反馈系数a发生变化，它非但不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。 反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。,30,（3)系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。,如果产生给定电压的电源