1基础知识-机电控制工程-高钟毓.课件.ppt

1、2022年6月7日星期二12022年6月7日星期二22022年6月7日星期二32022年6月7日星期二42022年6月7日星期二52022年6月7日星期二62022年6月7日星期二72022年6月7日星期二82022年6月7日星期二92022年6月7日星期二102022年6月7日星期二112022年6月7日星期二12前馈控制器引入输入信号的导数分量，前馈控制器引入输入信号的导数分量，加快系统对输入信号的响应速度加快系统对输入信号的响应速度 2022年6月7日星期二132022年6月7日星期二142022年6月7日星期二152022年6月7日星期二16111101111nnmmkjkjkjjjj

2、nnkjmmjnnmmd ydydyd ududuaaa ybbbb udtdtdtdtdtdt1( )( )pkkjjy tytpq 个微分方程2022年6月7日星期二17( )( ) ( )( ) ( )( )( ) ( )( ) ( )x tA t x tB t u ty tC t x tD t u t2022年6月7日星期二18111101111( )( )( )( )mmnnjjjnnmmjnnmmd ududud y tdy tdy taaa y tbbbb udtdtdtdtdtdt1011111( )( )( )mmmmnnnnb sbsbsbY sG sU ssa sasa1

3、111011() ( )() ( )nnmmnnmmsa sasa Y sb sbsbsb U s2022年6月7日星期二191020111(1)(1)011100111011110nnnnnnnnnnnxyuxyuuxuxyuuxubbabaaa2022年6月7日星期二20121121001000010,0001100 ,nnnnnABaaaaCDxAxBuyCxDu2022年6月7日星期二211( )( )()( )Y sG sC sIABDU s2022年6月7日星期二222022年6月7日星期二232022年6月7日星期二242000250030003500400045005000-2

4、00-150-100-50050频 率 Hz耦合信号1 相位 度2000250030003500400045005000-50-40-30-20-100频 率 Hz耦合信号1 幅值 dB2022年6月7日星期二252022年6月7日星期二262022年6月7日星期二272022年6月7日星期二28 v0limsKs G s p0KG相应于输入信号的稳态误差相应于输入信号的稳态误差 不考虑干扰信号，不考虑干扰信号， 考虑系统在输入考虑系统在输入 常值、斜坡、二次曲线信号时的稳态误差常值、斜坡、二次曲线信号时的稳态误差 位置误差系数位置误差系数 速度误差系数速度误差系数 加速度误差系数加速度误差系

5、数 2a0limsKsG s2022年6月7日星期二29系统类别系统类别单位阶跃单位阶跃单位斜坡单位斜坡单位加速度单位加速度0型型I型型II型型p11Kv1Ka1K000开环低频增益越高，开环低频增益越高，相应于输入信号的闭环稳态误差越小相应于输入信号的闭环稳态误差越小 2022年6月7日星期二30 221( )1( )sG s H sN sG s G s H s干扰引起的稳态误差干扰引起的稳态误差 要减小干扰引起的稳态误差，要减小干扰引起的稳态误差， ，即干扰输入点之前的增益要大，甚至带积分，即干扰输入点之前的增益要大，甚至带积分 1G s2022年6月7日星期二31 反馈通道的精度直接影响

6、系统误差，要避免在反馈通道引入干扰 对于输入引起的误差，增大系统开环放大倍数，提高系统型次 对于干扰引起的误差，在前向通道干扰点前增大放大倍数2022年6月7日星期二322022年6月7日星期二332022年6月7日星期二34闭环开环2022年6月7日星期二350.11101001000频率 Hz6050403020100度幅dB0.11101001000频率Hz1751501251007550250位相2022年6月7日星期二36012345Times-40-200204060t u p n I012345Times-0.0100.010.020.030.040.05tuptuO2022年6

7、月7日星期二372022年6月7日星期二382022年6月7日星期二39( )1( )1CPE sR sK K增益提高，相对误差下降2022年6月7日星期二402022年6月7日星期二41积分控制器积分控制器 引入积分校正使引入积分校正使 低频增益低频增益，提高型次，提高型次 相位裕量相位裕量 剪切频率？剪切频率？ 稳态误差稳态误差 稳定性稳定性 不利于提高不利于提高 引入积分控制的目的是引入积分控制的目的是 提高低频增益和型次，降低稳态误差提高低频增益和型次，降低稳态误差 0( )ICtIKGssuKt dt比例比例-积分积分 ( PI ) 控制器控制器 ICPKGsKs当偏差大时，当偏差大

8、时， 当偏差小时，当偏差小时， 比例控制起主要作用；比例控制起主要作用； 积分控制起主要作用。积分控制起主要作用。 既可以降低稳态误差，又可以调整既可以降低稳态误差，又可以调整()剪切频率；剪切频率； 对相位裕量的影响也可以比较小。对相位裕量的影响也可以比较小。当当 1105.7ICPKK微分部分：控制量正比于偏差变化率微分部分：控制量正比于偏差变化率 当偏差变化快时，当偏差变化快时， 当偏差变化慢时，当偏差变化慢时， 微分控制起主要作用；微分控制起主要作用； 比例控制起主要作用。比例控制起主要作用。 比例比例-微分微分 ( PD ) 控制器控制器 ( )( )DDCDDdtutKdtGsK

9、s CPDGsKK sPD校正器的作用：校正器的作用：(1) 提供正的相位裕量提供正的相位裕量 不稳定不稳定稳定稳定超调量大超调量大小小(2) 提高剪切频率提高剪切频率 (快快)PD校正器的缺点：校正器的缺点： 控制量高频噪声大控制量高频噪声大 比例比例 微分微分 积分积分 误差大误差大 误差变化快误差变化快 误差积分大误差积分大 快速接近期望值快速接近期望值 降低振荡，降低振荡，“阻尼阻尼” 提高稳态精度提高稳态精度 起作用的主要条件起作用的主要条件 效果效果 ICPDKGsKK ssPID控制器可以校正哪些系统？控制器可以校正哪些系统？ 开环传递函数开环传递函数 闭环传递函数闭环传递函数

10、2DPICK sK sKGss ( )( )PN sGsD s 2( )( )( )( )DPICPK sK sKN sG sGs GssD s22()( )( )( )1( )( )()( )DPIDPIK sK sK NsG sB sG ssD sK sK sK Ns PbGssa32DPIsacKsbcKscK432DPIsasbdKscdKsdK开环传递函数开环传递函数 闭环特征多项式闭环特征多项式 21DPIbKsbKa sbK 2PbGssasb 32PbGssasbsc开环阶次开环阶次 闭环阶次闭环阶次 可调极点个数可调极点个数 122 233 343 PID控制器可以控制器可以

11、 对（开环）对（开环）2阶以下系统，任意配置极点阶以下系统，任意配置极点 对（开环）对（开环）3阶以上系统，配置阶以上系统，配置3个主导极点个主导极点 解决大部分线性解决大部分线性SISO系统的控制问题系统的控制问题 2022年6月7日星期二512022年6月7日星期二522( )PPKGsJs对象传递函数2022年6月7日星期二530.010.1110100时间s-100-75-50-2502550输度幅出Bd0.010.1110100时间s-350-300-250-200-150-100-500输位相出控制对象伯德图2022年6月7日星期二541212(1)(1)( )(1)(1)CCTs

12、T sGsKss2022年6月7日星期二550.010.11101001000时间s75808590输度幅出Bd0.010.11101001000时间s-40-2002040输位相出控制器伯德图2022年6月7日星期二560.010.11101001000时间s-50050100150输度幅出Bd0.010.11101001000时间s-220-200-180-160-140输位相出系统开环伯德图2022年6月7日星期二570.010.11101001000时间s-40-30-20-100输度幅出Bd0.010.11101001000时间s-175-150-125-100-75-50-250输位相出系统闭环伯德图2022年6月7日星期二58