ghx第四章线性控制系统的时域分析(四)

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1、上节回顾：扰动作用下的二阶系统分析阶跃扰动使系统稳态偏移扰动作用下系统的闭环传递函数一般却是具有零点的。上节回顾：高阶系统性能分析哪些对系统的输出响应起主要作用？衰减慢的分量，系数大的分量忽略情况1：某极点-pl附近有接近的零点-zk;忽略情况2：极点-pr附近无接近的零点，并且极点远离原点和其他极点。主导极点对：共轭复数极点-p1和-p2，对系统性能起主导作用。其他闭环极点因衰减迅速，影响相对微弱，1）离虚轴最近的极点对；2）附近无零点，或者有零点和其他极点近似相消；3）其他极点在共轭复数极点和左边，且满足与模值的比不受阻尼比的影响与距离的比

2、受阻尼比的影响上节回顾：稳态误差分析：控制系统的类型稳态误差与谁相关？1.输入信号的形式；2.系统的开环传递函数。控制系统如何分类？开环传递函数开环传递函数含有积分环节的个数。v：无差度阶数；系统型别上节回顾：稳态误差分析输入信号作用下的静态误差系数和稳态误差当输入信号为：利用线性定理，得：怎样提高稳态精度？上节回顾：扰动输入作用下的稳态误差扰动点之前的放大系数、积分环节决定了能否消除扰动作用下的稳态误差。1）扰动作用点之前环节Gc的放大系数越大，扰动稳态误差越小；2）在Gc中添加一个积分环节即可消除阶跃扰动的稳态误差。提高稳态精度的方法减小或

3、消除系统参考输入作用下的稳态误差增大系统的开环放大系数；在前向通道传递函数中添加积分环节，即提高系统的无差度阶数。减少扰动下的稳态误差在偏差E(s)到扰动作用点之间添加积分环节。缺点：能否任意增大开环放大系数或者增加积分环节？超过两个将使系统失去必要的稳定裕度，导致系统瞬间响应品质下降，甚至使系统不稳定。前馈-反馈构成的复合控制系统按参考输入R(s)补偿按扰动D(s)输入补偿动态补偿的目的：实现稳态全补偿的前提下，尽可能实现部分瞬态补偿。全补偿先稳态补偿，再用全补偿实现部分瞬态补偿。（1）由控制系统的结构图找出前馈补偿的双通道，据此得出实现全补

4、偿和稳态补偿的条件；（2）根据全补偿条件和稳态补偿条件确定前馈补偿器的传递函数模型结构；（3）若物理易实现的稳态补偿模型结构能够先确定，则根据全补偿条件和物理可实现的原则，补充瞬态补偿所需要的其他部分，尽最大努力实现部分瞬态补偿；（4）若不能够先确定物理易实现的稳态补偿模型结构，则需根据全补偿条件和尽最大努力实现部分瞬态补偿的要求，直接寻找物理易实现的前馈补偿器模型。提高稳态精度的方法4.6稳态误差分析例4-8分别考虑以下两种情况，确定适当的前馈补偿器传递函数模型Gff(s),并求相应的位置误差和速度误差。按参考输入扰动实现全补偿和稳态补偿的条

5、件为4.6稳态误差分析全补偿无法物理准确实现对象中有积分，稳态时位置误差不需补偿，稳态补偿条件为零。对应全补偿保证物理可实现4.6稳态误差分析原系统：I型系统，位置误差为0，速度误差为有限值；加入前馈补偿后：位置误差为0，速度误差为0；引入前馈补偿后，系统的稳态精度得到了大幅度改进。4.6稳态误差分析前馈补偿器传递函数模型为全补偿无法物理准确实现稳态补偿条件容易实现。对应全补偿物理可实现满足稳态补偿条件4.6稳态误差分析原系统：0型系统，位置误差为有限值，速度误差为∞；加入前馈补偿后：位置误差为0，速度误差为有限值；引入前馈补偿后，系统的稳态精

6、度得到了大幅度改进。4.6稳态误差分析例4-9考虑如图4-28所示的复合控制系统确定适当的前馈补偿器传递函数模型Gff(s),并求相应的位置误差和速度误差。复合控制系统的前馈补偿双通道4.6稳态误差分析阶跃扰动会引起输出偏离原来值的一个瞬态过程，但不会改变输出的稳态值。？4.6稳态误差分析说明：图4-28中，前馈补偿器的结构与参数的确定取决于串联控制器结构与参数仅适合于可实现串联控制器和前馈补偿器联合设计的场合。图3-19系统结构（右图），前馈补偿器结构与参数仅依赖于已知的广义被控对象的模型前馈补偿器设计独立于串联控制器的分析和设计。比如采用通

7、用的PID控制器的过程工业。该方案更具一般性。4.7基本控制规律的时域分析4.7.1比例（P）控制单位反馈控制系统比例控制作用是根据负反馈原理按偏差产生控制的基础。无论是采用微分、积分或微分加积分控制规律均是在比例控制的基础上附加上去的。4.7基本控制规律的时域分析4.7.2比例加微分（PD）控制优点：“预见性”和“超前性”，能在偏差信号尚未出现之前，就在系统中发出一个有效的早期修正信号，抑制过大超调量，有助于系统的稳定性。缺点：但微分控制正比于偏差的变化率，导致其对高频干扰信号过于敏感而易引起系统的振荡甚至不稳定。因此，在实际控制系统中施加微

8、分控制作用强弱需要进行综合考虑。4.7基本控制规律的时域分析4.7.3比例加积分（PI）控制引进纯积分环节，提高了系统的无差度阶数，可有效地改善系统的