2017qt稳快准(5) 第三章控制系统性能改进 3.5复杂结构(加习题).ppt

开环控制器与闭环控制器对比 对外部干扰的抑制 1 开环控制系统 存在扰动时 无论怎样设计 开环误差不为0 2 闭环控制系统 复杂反馈控制系统 内环反馈校正 内环反馈上校正 通过设计Gh s 可改进系统的动态品质 达到削弱对象模型Gp s 不确定影响的目的 串级控制 两只调节器串联起来工作 其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统 复杂反馈控制系统 3 5复杂反馈控制系统的基本结构及其特性 前馈 反馈控制 开环控制 全静差补偿 按参考输入实现补偿 按扰动实现补偿 4 4 5二阶系统的性能改善 1 利用系统结构参数与特征参数之间关系来改善性能 二阶系统的特征参数 n 开环时间常数增大 闭环时间常数T变大 阻尼比减小 不变 开环放大系数增大 闭环时间常数T变大 阻尼比减小 4 4 5二阶系统的性能改善 当0 1时 欠阻尼 单位阶跃响应 开环放大系数K1或K1K2 Nd 和Ns 振荡加剧 系统稳定性下降 n 调节时间的改变要看 和 n之间关系 2 时间常数T1或T1T2 Nd 和Ns 振荡加剧 系统稳定性下降 n 和 n 使ts 开环时间常数增大 闭环时间常数T变大 自然震荡角频率变小 阻尼比减小开环放大系数增大 闭环时间常数T变小 自然震荡角频率变大 阻尼比减小 4 4 5二阶系统的性能改善 例4 1随动系统 K 16 T 0 25 1 求系统的 n 2 nd和ts 3 若 0 5 求K 计算 nd和ts 4 4 5二阶系统的性能改善 说明 超调量下降 而衰减比大幅度增加 说明振荡明显减弱 但调节时间不变 系统的瞬态响应性能得到改善 4 4 5二阶系统的性能改善 2 利用速度反馈来改善性能 速度反馈控制可通过改变速度反馈参数 d来调整阻尼系数 为改善系统的性能提供了另一个手段 4 4 5二阶系统的性能改善 例4 2 在例4 1的系统中加入速度反馈 要求阻尼系数 0 5 且不改变结构参数K和T 确定 d 求上例中的各项指标 加入速度反馈后 超调量下降 衰减比增加 同时调节时间被进一步缩短 系统的瞬态响应性能得到较大改善 4 4 6具有零点的二阶系统分析 零点 会带来什么改变 以时间响应较快的欠阻尼系统 0 1为例 4 4 6具有零点的二阶系统分析 4 4 6具有零点的二阶系统分析 例4 3 利用MATLAB仿真 得到图4 18 当 5时 零点对响应超调量的影响可以忽略 4 4 6具有零点的二阶系统分析 考虑在开环传递函数的基础上添加零点的影响 与速度反馈控制一样 可以通过改变微分时间常数来完成系统阻尼系数 但此时零点和阻尼系数都发生的变化 综合考虑提高系统性能 注意闭环传递函数的不同 4 4 6具有零点的二阶系统分析 例4 4 仍考虑例4 1 加入微分前馈控制 ds的方式改善系统性能 加入微分顺馈后 超调量略有增加 调节时间进一步缩短 二阶系统的性能改善 2 利用速度反馈来改善性能 速度反馈控制可通过改变速度反馈参数 d来调整阻尼系数 n 即T不变 为改善系统的性能提供了另一个手段 具有零点的二阶系统分析 考虑在开环传递函数的基础上添加零点的影响 零点为我们带来什么 加快响应 增加超调阻尼增加 振荡降低 类似速度反馈中微分改变阻尼系数 零点和阻尼综合考虑提高系统性能 注意 与单纯的闭环零点不同 开环零点同时增加阻尼系数 速度反馈参数 d改变阻尼比 微分有两面性 要用得恰当 开环零点参数 d同时影响 和零点 4 4 7扰动作用下的二阶系统分析 通常Dh s 惯性很小 参考输入作用下系统的闭环传递函数无零点 扰动作用下系统的闭环传递函数一般却是具有零点的 假设传感器H s 控制器Gc s