自动控制系统的时域分析.ppt

3.7 基本控制规律的分析,常见控制规律 理解不同类型控制器的作用,控制系统 被控对象 控制器 按偏差控制,G 0(s),R(s),C(s),B(s),M(s),基本控制规律 比例（P） 积分（I） 微分（D） 组合控制规律 比例加微分（PD） 比例加积分（PI） 比例加积分加微分（PID）,1.比例（P）控制,若控制器的输出m(t)与误差e(t)成正比，则称这种控制器为比例控制器，简称P控制器。 P控制器实质是一个具有可调放大系数的放大器,G 0(s),R(s),C(s),Kp,E(s),B(s),M(s),P控制性能分析,开环放大系数增大 减小稳态误差，提高精度 过大可导致系统不稳定 需与其他控制律结合使用 比例加微分（PD） 比例加积分（PI ） 必不可少 否则将破坏按偏差控制的思想,2.比例加微分(PD)控制,若控制器的输出m(t)既与偏差信号e(t)成正比，又与偏差信号e(t)的一阶导数成正比，称这种控制器为比例加微分控制器，简称PD控制器。,PD控制器,PD控制的物理意义,对偏差的变化敏感 微分控制分量对 的变化非常敏感 PD控制的提前性（预见性）,PD控制器的预见性,M(t)的变化在时间上比e(t)超前了 秒，及时采取措施，控制行动，从而起到“未雨绸缪”的效果,PD控制器的优点,预见性（提前性） 反映偏差信号的变换趋势（导数的符号和大小） 在偏差信号尚未出现前，发出早期修正信号,微分控制器的不足,E(t)变化率等于零，或变化很缓慢时D控制器失效（不能单独用） 微分控制会放大高频（干扰）信号,若控制器的输出m(t)既与偏差信号e(t)成正比，又与偏差信号e(t)对时间的积分成正比，则称这种控制器为比例加积分控制器，简称为PI控制器。,3.比例加积分(PI)控制,PI控制器传递函数,G 0(s),R(s),C(s),E(s),B(s),M(s),PI控制器控制性能分析,引进一个积分环节 提高系统的无差度，改善稳态性能，但稳定性下降 引进开环零点 改善系统的稳定性 PI控制可以在对稳定性影响不大的情况下，有效改善稳态性能,积分控制的物理意义,误差的累积 基于累积的误差进行控制，迫使误差回复至零 有效提高稳态性能,4.比例加积分加微分(PID)控制,若控制器的输出m(t)既与偏差信号e(t)成正比，又与偏差信号e(t)对时间的积分成正比，还与e(t)的一阶导数成正比，则称这种控制器为比例加积分加微分控制器，简称为PID控制器,G 0(s),R(s),C(s),E(s),B(s),M(s),PID控制器引入了一个积分环节，增大无差度，提高了稳态性能 与PI相比多引入一个负实零点，动态性能得到更大提高 PID控制器应用更广泛,本章小结,目的 掌握控制系统的时域分析方法,内容 系统稳定性分析 时域性能指标 一阶、二阶系统分析 稳态误差的计算,时域分析是通过直接求解系统在典型输入信号作用下的时域响应来分析系统的性能 时域分析研究内容 动态特性 超调量 调节时间（峰值时间、上升时间） 稳态特性 稳态误差 评价依据 只有稳定系统，进行系统特性分析才有意义,稳定性,稳定是系统能正常工作的首要条件 Routh 代数稳定判据 列劳斯表 特征方程系数全大于零 劳斯表第一列元素全大于零 Routh 判据只回答特征方程式的根在 s平面上的分布情况，而不能确定根的具体数值,动态特性,一阶系统 超调量为零 调节时间 二阶系统 欠阻尼系统,高阶系统的动态特性,高阶系统 主导极点的定义 根据主导极点的概念，可用主导极点所描述的低阶系统的动态特性近似,稳态性能,稳态误差是系统控制精度的度量，也是系统的一个重要性能指标 输入引起的稳态误差 扰动引起的稳态误差 计算稳态误差思路：终值定理,稳态性能与动态性能的关系,系统的稳态精度与动态性能在对系统的类型和开环增益的要求是相矛盾的 解决方法 在系统中设置校正装置 采用前馈补偿的方法,部分知识点：,时域分析的概念,基本实验信号、系统响应及其相互关系,二阶系统的其它响应,控制系统的性能指标,高阶系统分析、闭环主导极点,一阶系统的阶跃响应、脉冲响应、斜坡响应,二阶系统的结构、数学模型、阶跃响应,二阶欠阻尼系统的性能指标计算及响应特