控制系统稳态性能指标-专题精讲.pptx

2015/2/5 Thursday,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,装 甲 兵 工 程 学 院,Academy of Armored Forces Engineering,单击此处编辑母版标题样式,2015/2/5 Thursday,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,装 甲 兵 工 程 学 院,Academy of Armored Forces Engineering,单击此处编辑母版标题样式,2015/2/5 Thursday,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,装 甲 兵 工 程 学 院,Academy of Armored Forces Engineering,单击此处编辑母版标题样式,2015/2/5 Thursday,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,装 甲 兵 工 程 学 院,Academy of Armored Forces Engineering,单击此处编辑母版标题样式,第,7,讲 控制系统稳态性能指标,建模,分析,设计,微分方程模型,传递函数模型,系统,框图,模型,系统建模：,电路系统,机械系统,机电,系统,线性化,时域性能指标,时间响应,一阶系统,二阶系统,稳态误差,劳,斯,稳定性判据,根轨迹分析,频域分析,伯德图,奈氏稳定判据,频域性能指标,校正设计思想,基于,频域的设计,超前校正,滞后校正,超前,滞后校正,PID,控制器设计,理论,、案例、,Matlab,仿真,课程路线图,第,7,讲,控制系统的稳态性能指标,学习目标,：,（,1,）掌握给定信号输入下的系统稳态误差计算；,（,2,）,掌握扰动信号,输入下的系统稳态误差,计算,。,关键词,：,稳态性能指标,稳态误差 给定信号 扰动信,号,控制系统的典型结构,B,(,s,),H,(,s,),G,1,(,s,),G,2,(,s,),R,(,s,),E,(,s,),Y,(,s,),+,D,(,s,),_,设,D(s)=0,给定信号作用下的稳态误,差,R(s),作用时,系统给定信号作用下的稳态误差不仅与系统的,输入,有关，还与系统的,结构,有关。,系统,输入的一般表达式为,:,系统,开环传递函数的一般表达式,:,m n,A,输入信号,的,幅值,系统型别,K,开环增益,1,时系统的稳态误差,则,不同型别系统的阶跃响应曲线,(a),(b),r(t),t,0,c(t),=0,r(t),c(t),r(t),t,0,c(t),r(t),c(t),1,有差,跟踪,无差,跟踪,则,2,时系统的稳态误差,不同型别时系统的斜坡响应曲线,:,(a),r(t),t,0,c(t),r(t),c(t),=0,r(t),t,0,c(t),(b),r(t),c(t),=,1,r(t),t,0,c(t),(c),r(t),c(t)2,有差,跟踪,无差,跟踪,不能,跟踪,则,3,时系统的稳态误差,(a),r(t),t,0,c(t),r(t),c(t),1,(b),r(t),t,0,c(t),r(t),c(t),=,2,不同型别系统的加速度响应曲线,有差,跟踪,不能,跟踪,取不同的,u,A,1(,t,),A,t,A,t,2,/2,0,型,A,/,（,1+,K,）,型,0,A,/,K,型,0,0,A,/,K,（满足,终值定理条件,！）,典型信号作用下系统的稳态误差值：,（,1,）在同一种输入信号情况下，,增大积分因子 数目，,即增加,v,，系统的稳态性能可以改善。,（,3,）对于同一类型系统，要比较它们稳态性能的优劣，应采用在某种输入信号时的,非零有限值指标。,（,2,）开环增益,K,越大，非零有限值的稳态误差值就越小。,增大开环,K,增益可以改善系统的,稳态性能,说明：,（,4,）从理论上讲，系统类型越高，对消除误差越有利。但 时，系统较难稳定，实际中很少使用。,（,5,）系统的输入为各种信号同时作用时，根据叠加原理，分别求出单个信号作用时系统的稳态误差，再将结果叠加。如：非单位输入信号,【,例,1】,已知,系统的结构如图所示。求系统的稳态误差。,0.5,_,解：系统的开环传递函数为,控制系统的典型结构,B,(,s,),H,(,s,),G,1,(,s,),G,2,(,s,),R,(,s,),E,(,s,),Cs,),+,D,(,s,),_,设,R,(s,)=0,扰动,信号,作用下的稳态误,差,D(s,),作用时,+,D,(,s,),G,1,(,s,),G,2,(,s,),-,H,(,s,),E,(,s,),扰动,信号,作用下的稳态误,差,D(s,),作用时,+,D,(,s,),G,1,(,s,),G,2,(,s,),-,H,(,s,),E,(,s,),【,例,2】,已知,求系统的稳态误差。,B,(,s,),2,R,(,s,),E,(,s,),C,(,s,),+,D,(,s,),_,解,：（,1,）,R(s),为输入时的稳态误差,系统的,开环传递函数：,则：,【,例,3】,已知,求系统的稳态误差。,B,(,s,),2,R,(,s,),E,(,s,),C,(,s,),+,D,(,s,),_,（,2,）,D(s,),为输入时的稳态误差,放大器,-,线圈,载荷,干扰,-,循序渐进设计实例：,磁盘驱动读取系统,本讲任务：,1.,时，求,R(s)=1/s,时系统的稳态误差；,2,.,时,，求,D(s,)=1/s,时系统的,稳态误差；,3.,忽略线圈影响，根据给定性能选定,Ka,。,1.,时，系统开环传递函数为：,故单位阶跃输入时，系统稳态误差为,0,。,I,型系统,2.,时，系统误差为：,系统稳态误差,为：,%,求单位阶跃扰动输入的稳态误差程序,Ka=80;,%,选择,Ka,值,nf=5000;df=1 1000;ng=1;dg=1 20 0;,%,传递函数表示,num,den=feedback(ng,dg,Ka*nf,df);,%,求误差传递函数,num=-num;,%,干扰信号为负值,t=0:0.01:2;,%,设置仿真时间,y=step(num,den,t);,%,单位阶跃响应,plot(t,y),grid,ylabel(y(t),xlabel(Times(sec),3.,忽略线圈感应影响，根据给行性能要求选择合适的,Ka,值,放大器,-,电机常数,负载,干扰,-,性能指标,预期值,超调量,小于,5%,调节时间,小于,250ms,对单位阶跃干扰的最大响应量,小于,510,-3,表,1,性能指标要求,时，系统输出为：,于是：,由：和,j,0,时，系统扰动输出为：,解析法,%,求系统对单位阶跃输入的响应,Ka=,30,;,%,选择,Ka,值,t=0:0.01:1;,%,设置仿真,时间,nc=5*Ka;dc=1;ng=1;dg=1 20 0;,%,传递函数表示,n,d=series(nc,dc,ng,dg);,num,den=cloop(n,d);,%,计算闭环传递函数,y=step(num,den,t);,%,单位阶跃响应,plot(t,y),grid,ylabel(y(t),xlabel(Times(sec),%,求系统对单位阶跃扰动的响应,Ka=,30,;,%选择,Ka,值,t=0:0.01:1;,%,设置仿真,时间,nc=5*Ka;dc=1;ng=1;dg=1 20 0;,%,传递函数表示,num,den,=feedback(ng,dg,nc,dc);,%,计算闭环传递函数,num,=-num;,%,干扰信号为负值,y=step(num,den,t);,%,单位阶跃响应,plot(t,y),grid,ylabel(y(t),xlabel(Times(sec),故不能满足所有性能指标！,Ka,20,30,40,50,60,超调量,0,1.2%,4.3%,10.8%,16.3%,调节时间,0.58,0.32,0.4,0.4,0.4,阻尼比,1,0.82,0.707,0.58,0.50,对单位阶跃干扰响应的最大值,-1010,-,3,-6.610,-,3,-5.210,-,3,-3.710,-,3,-2.910,-,3,表,2 2,阶系统的单位阶跃响应,折衷处理,1.,一型系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为,_,。,2.,输入相同时，系统型别越高，稳态误差越,_,。,3,.,在单位斜坡输入信号的作用下，,0,型系统的稳态误差,e,ss,=_,。,4.,稳态误差,e,ss,与误差信号,E(s),的函数关系是（）,B.,C,D,5.,系统,输出响应的稳态值与,_,之间的偏差称为稳态误差,ess,。,自测题,6.,设,控制系统的开环传递函数为,，该系统为,(),A,0,型系统,B,1,型系统,C,2,型系统,D,3,型,系统,7.,控制系统的稳态误差,ess,反映了系统的（）,A.,稳态控制精度,B.,相对稳定性,C.,快速性,D.,平稳性,8.,一阶系统,G(s)=K/(TS+1),的放大系数,K,愈小，则系统的输出响应的稳态值（,）,A.,不变,B.,不定,C.,愈小,D.,愈,大,9,控制系统的上升时间,tr,、调整时间,ts,等反映出系统的,(),A.,相对稳定性,B.,绝对稳定,C.,快速性,D.,平稳性,10.,设一单位反馈控制系统的开环传递函数,为 ，,要求,K,V,=20,，则,K=(),A,10 B,20,C,30,D,40,11.,一般,讲，如果开环系统增加积分环节，则其闭环系统的相对稳定性将,(),A.,变好,B,.,变坏,C.,不变,D,.,不定,12.,已知系统的结构图如下，预保证阻尼比,z,和单位斜坡信号输入时的稳态误差,e,ss,=0.25,，试确定参数,K,和,t,的取值。,建模,分析,设计,微分方程模型,传递函数模型,系统,框图,模型,系统建模：,电路系统,机械系统,机电,系统,线性化,时域性能指标,时间响应,一阶系统,二阶系统,稳态误差,劳,斯,稳定性判据,根轨迹分析,频域分析,伯德图,奈氏稳定判据,频域性能指标,校正设计思想,基于,频域的设计,超前校正,滞后校正,超前,滞后校正,PID,控制器设计,理论,、案例、,Matlab,仿真,课程路线图,