《模拟控制系统》PPT课件

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1、9.1模拟控制系统的组成9.2控制系统的稳态特性分析9.3控制系统动态特性分析9.4控制系统稳定性分析9.5控制系统特性的补偿9.6过程控制系统第九章模拟控制系统9.1模拟控制系统的组成典型结构（负反馈系统）由电子装置构成，接受控制指令并放大到足以推动执行器工作接受控制器的信号并输出足够大功率以驱动控制对象的工作系统部件，其传递特性是系统的重要参数检测控制对象的工作状态，并反馈到系统输入端检测环节e+xy执行器被控对象被控量给定量控制器sf被控对象受模拟信号驱动和控制的系统，又称连续控制系统比较控制指令和检测信息，并输出调节信号电动机的传递特性：ux=3Vn=3000

2、rpmuf=0.001nF=0.001ue=ux-uf>0,=0,<0,Uf<3V,Uf=3V,Uf>3V,n<3000rpm,n=3000rpm,n>3000rpm,U↑n↑U=60Vn=3000rpmU↓n↓2基本功能偏差e调节自动调节稳定性分析动态特性分析稳态精度分析3研究核心特性的补偿ue+uxn含功率放大器的执行器电动机含电压放大器的控制器ufU线性检测环节F例：闭环系统控制直流电动机的转速9.2控制系统的稳态特性分析在稳定状态下，系统的实际输出达到期望输出的精确程度1.无差调节（精度达100%的系统）若实际输出=期望输出，xf=xi,xe=xi-xf=02

3、.G为比例放大时，实现无差调节的条件xo=Gxe设为稳定输出若无差调节，则xe为0要求G→∞传递函数Fxe+xoxiGxf3.G为比例放大时的系统调节误差Fxe+xoxiGxf理想情况下==H0（G→∞）系统稳态输出无偏差实际情况下（G为有限值）1)系统稳态误差=理想无差系统输出-实际有差系统输出系统的环路增益系统的增益误差3)系统相对稳态误差Fxe+xoxiGxf例：某温控系统的反馈系数F=0.005V/oC，G=20000oC/V，若被控温度期望值xo=T=100oC,求⑴给定信号xi，⑵传递函数H，⑶实际输出To，⑷稳态误差理想情况下，G→∞，解：=200

4、oC/V，实际情况下，G=20000oC/V,=0.5V=198oC/Vxi=xf=TFTo=Hxi=99oC/V△To=(Ho-H)xi=1oC/V△To/T=1%实际输出：稳态误差：相对稳态误差：9.3控制系统动态特性分析检测环节e+xy执行器被控对象被控量给定量控制器sf控制器电路、执行器电路具有惯性元件（电感L或电容C）电动机等执行器有机械惯性检测环节的传感器具有机械惯性、热惯性等惯性元件对激励的响应需要时间对不同的信号频率反映不同模拟控制系统存在时间响应问题频率响应问题1一阶惯性环节的时间响应和频率响应1)一阶惯性环节的时域模型+_CR+_uiuo(以RC电

5、路为例,无初始储能)由KVLuR+uC=ui代入元件约束uR=iR，得到关系式2)一阶惯性环节的阶跃响应时间常数t=RC是反映一阶惯性环节时间响应快慢的重要参数，一般取(3~5)t+_R+_3)一阶惯性环节的频率响应1wcw

6、H(jw)

7、低通滤波器4)一阶惯性环节的s域模型+_1/sCR+_1/(1+ts)Ui(s)Uo(s)+_R+_2含一个一阶惯性环节的闭环系统的动态分析——时间响应0.001V/rpmUe(s)+10被控参数Y(s)控制信号Ux200UF(s)电压放大器功率放大器直流电动机测速发动机1)传递函数例2)时间响应时间常数以损失放大倍数为代价，使响应时

8、间加快0.001V/rpmUe(s)+10被控参数Y(s)控制信号Ux200UF(s)电压放大器功率放大器直流电动机测速发动机静态增益3含一个一阶惯性环节的闭环系统的动态分析——频率响应转折频率：以损失放大倍数为代价，使闭环系统的频带变宽0.001V/rpmUe(s)+10被控参数Y(s)控制信号Ux200UF(s)电压放大器功率放大器直流电动机测速发动机4从开环到闭环的比较1)含有一个一阶惯性环节的闭环系统仍是一阶惯性的。2)从开环到闭环，系统的放大倍数缩小为1/K3)闭环控制系统的动态特性得到改善：时间常数缩小为1/K，闭环较开环时间响应快K倍。截止频率增大K倍

9、，闭环较开环频带加宽K倍。Fxe+xoxiGxf若=令9.4稳定性分析2稳定性判据y=GFy1稳定的系统和不稳定的系统产生临界稳定状态的条件系统的输出出现等幅自激振荡的临界状态yF+Gx=0稳定的系统具有抑制扰动的能力当给定的激励发生变化或出现干扰信号输出到达新的稳态或干扰引起的输出波动消失在有限的时间内不稳定的系统会出现等幅或增幅的振荡自身的调节临界稳定：稳定性判据：(系统给定激励为0)y=GFyG(jw)F(jw)=1

10、G(jw)F(jw)

11、=1，G+F=180出现等幅振荡的条件？yF+Gx=0系统环路传递函数稳定