電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(陳伯時(shí))ppt2-3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法

1、11轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法的工程設(shè)計(jì)方法 第第 2 2 章章22 主要內(nèi)容 1. 1.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 2.2.數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析 3.3.調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 4.4.雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) * *5.5.轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制 * *6.6.弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)*33本節(jié)要點(diǎn)：本節(jié)要點(diǎn)： 1. 1. 介紹一般調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法；介紹一般調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法； 2. 2. 介紹典型環(huán)節(jié)介

2、紹典型環(huán)節(jié); ; 3. 3. 典型典型、系統(tǒng)的參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系系統(tǒng)的參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系; ; 4. 4. 小慣性環(huán)節(jié)近似處理；小慣性環(huán)節(jié)近似處理； 5. 5. 高階系統(tǒng)的降階處理；高階系統(tǒng)的降階處理； 6. 6. 大慣性環(huán)節(jié)的近似處理。大慣性環(huán)節(jié)的近似處理。 重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)、難點(diǎn)： 典型典型系統(tǒng)的參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系；系統(tǒng)的參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系； 非典型系統(tǒng)的近似。非典型系統(tǒng)的近似。 442.3 2.3 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法2.3.0 2.3.0 問題的提出問題的提出 必要性：必要性： 用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須

3、同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。于是便需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。于是便需要一種簡單實(shí)用的方法要一種簡單實(shí)用的方法工程設(shè)計(jì)方法。工程設(shè)計(jì)方法。 可能性：可能性： 大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，

4、設(shè)計(jì)過程就簡便多了照，設(shè)計(jì)過程就簡便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。法的可能性。55l設(shè)計(jì)方法的原則設(shè)計(jì)方法的原則 ：（1 1）概念清楚、易懂；）概念清楚、易懂；（2 2）計(jì)算公式簡明、好記；）計(jì)算公式簡明、好記；（3 3）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；調(diào)整的方向；（4 4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡單的計(jì)算公式；簡單的計(jì)算公式；（5 5）適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控）適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。662.3.1 2.3

5、.1 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路工程設(shè)計(jì)方法的基本思路 1. 1. 選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu), ,使系統(tǒng)典型化并滿足使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2. 2. 設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。指標(biāo)的要求。773. 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇l基本思路基本思路: :事先將典型系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)事先將典型系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)列出圖表。將控制對(duì)象校正成為典型列出圖表。將控制對(duì)象校正成為典型I型系型系統(tǒng)或統(tǒng)或 II型系統(tǒng)，根據(jù)圖表選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)型系統(tǒng)，根據(jù)圖表選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)。系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正控制對(duì)象控制對(duì)象 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 輸入輸入輸出輸

6、出典型系統(tǒng)典型系統(tǒng) 輸入輸入輸出輸出只采用少量只采用少量典型系統(tǒng)典型系統(tǒng)882.3.2 2.3.2 典型系統(tǒng)典型系統(tǒng) 一般來說，許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都一般來說，許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為可表示為 (2-8)n1iirm1jj) 1() 1()(sTssKsW)(sWR(s)C(s)分母中的分母中的 sr 項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有有 r 重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有 r 個(gè)積分環(huán)節(jié)。根據(jù)個(gè)積分環(huán)節(jié)。根據(jù) r=0，1，2，等不同數(shù)值，分別稱作等不同數(shù)值，分別稱作0型、型、I型、型、型、型、系統(tǒng)系統(tǒng) 自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，0

7、型系型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而型和型和型以上的型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。系統(tǒng)很難穩(wěn)定。 因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多選用穩(wěn)態(tài)精度，多選用I型和型和II型系統(tǒng)型系統(tǒng)991. 1. 典型典型I I型系統(tǒng)型系統(tǒng)l結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)) 1()(TssKsW)(sR) 1(TssK)(sC式中式中 T T 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。系統(tǒng)的開環(huán)增益。（2-9）O1010l性能特性性能特性 典型的典型的I I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，其對(duì)數(shù)幅頻特性的型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，其對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以中頻段以 20 dB/dec

8、20 dB/dec 的斜率穿越的斜率穿越 0dB 0dB 線，線，只要只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量，即選擇參數(shù)，且有足夠的穩(wěn)定裕量，即選擇參數(shù)滿足滿足 T1c1cT或 于是，相角穩(wěn)定裕度于是，相角穩(wěn)定裕度 45arctg90arctg90180ccTT11112. 2. 典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)l結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)) 1() 1()(2TsssKsW)(sR)(sC)1()1(2TsssK（2-10）O1212l 性能特性性能特性 典型的典型的型系統(tǒng)也是以型系統(tǒng)也是以 20dB/dec

9、 20dB/dec 的斜率穿的斜率穿越零分貝線。由于分母中越零分貝線。由于分母中s s 2 2 項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相頻特性是項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相頻特性是 180180，后面還有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，后面還有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，在分子添上一在分子添上一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)（個(gè)比例微分環(huán)節(jié)（ s s +1 +1），是為了把相頻特性抬），是為了把相頻特性抬到到 180180線以上，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定線以上，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，即應(yīng)選擇，即應(yīng)選擇參數(shù)滿足參數(shù)滿足 T11cT或 且且 比比 T T 大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。13131. 1. 跟隨性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo)： 在給定信號(hào)或參考輸入信號(hào)的作用在給定信號(hào)或參考

10、輸入信號(hào)的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來描述。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)來描述。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有能指標(biāo)有: :lt tr r 上升時(shí)間上升時(shí)間l 超調(diào)量超調(diào)量lt ts s 調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間2.3.3 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)14145%（或2%） )(tCCCCmaxmaxCC0 tOtrts圖2-12 典型階躍響應(yīng)曲線和跟隨性能指標(biāo)上升時(shí)間上升時(shí)間超調(diào)量超調(diào)量調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間15152. 2. 抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo) 抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力。常用的抗擾性能

11、指標(biāo)有的能力。常用的抗擾性能指標(biāo)有l(wèi) C Cmaxmax 動(dòng)態(tài)降落動(dòng)態(tài)降落lt tv v 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間 一般來說，一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。為主。1616 突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)圖2-13 突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)maxC1C2C5%（或2%） CNNO ttmtvCb動(dòng)態(tài)降落動(dòng)態(tài)降落恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間17172.3.4 2.3.4 典型典型I型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 典型典型I型系統(tǒng)包含兩個(gè)參

12、數(shù)：開環(huán)增益型系統(tǒng)包含兩個(gè)參數(shù)：開環(huán)增益 K K 和時(shí)和時(shí)間常數(shù)間常數(shù) T T 。 T T 是控制對(duì)象本身固有的是控制對(duì)象本身固有的； 能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益 K K ，即，即，K K 是唯一的待定參數(shù)是唯一的待定參數(shù)。 設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)按照性能指標(biāo)選擇參數(shù) K K 的大小的大小。 1818 K K 與開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的關(guān)系與開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的關(guān)系 圖圖2-132-13繪出了在不同繪出了在不同 K K 值時(shí)典型值時(shí)典型 I I 型系統(tǒng)的開型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。 1919 K K 與截止頻率與截止頻率 c c

13、的關(guān)系的關(guān)系 當(dāng)當(dāng) c c1/1/T T 時(shí)，特性以時(shí)，特性以20dB/dec20dB/dec斜率穿斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖中越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知的特性可知cclg20) 1lg(lg20lg20K所以 K = c （當(dāng) c 時(shí)） T1(2-12) 2020K K 值越大，截止頻值越大，截止頻率率 c c 也越大，系統(tǒng)也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，響應(yīng)越快，但相角穩(wěn)定裕度但相角穩(wěn)定裕度 = = 9090arctgarctg c cT T 越小，越小，這也說明快速性與穩(wěn)定這也說明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。性之間的矛盾。2121表2-1 I型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)

14、作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號(hào)輸入信號(hào)階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 0 0v0 / K 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR1. 1. 典型典型I I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能指系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)可用不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來表示。標(biāo)可用不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來表示。2222 由表可見：由表可見：l在階躍輸入下的在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無靜差的；型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無靜差的；l但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤

15、差，且與 K K 值成反值成反比；比；l在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為 。 因此，因此，I I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。動(dòng)系統(tǒng)。2323（2 2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)l閉環(huán)傳遞函數(shù)：典型閉環(huán)傳遞函數(shù)：典型 I 型系統(tǒng)是一種二階系型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 2nn22ncl2)()()(sssRsCsW（2-13） 式中式中 n n 無阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱無阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱固有角頻率；固有角頻率； 阻尼比，或稱衰減系數(shù)。阻尼比，或稱衰減系數(shù)。242

16、4lK K、T T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系 TKnKT121T21n(2-15) (2-16) (2-17) 且有 2525l二階系統(tǒng)的性質(zhì)二階系統(tǒng)的性質(zhì)l當(dāng)當(dāng) 1 1時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是欠阻尼欠阻尼的振蕩特的振蕩特性；性；l當(dāng)當(dāng) 1 1時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是過阻尼過阻尼的單調(diào)特的單調(diào)特性；性；l當(dāng)當(dāng) =1=1時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼臨界阻尼。 2626 由于在典型由于在典型 I 型系統(tǒng)中型系統(tǒng)中 KT 1KT 0.5 0.5。因此在典型。因此在典型 I 型系統(tǒng)中應(yīng)取型系統(tǒng)中應(yīng)取 15 . 0(2-18) 由于過

17、阻尼特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，所以一由于過阻尼特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼狀態(tài)，即般常把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼狀態(tài)，即 0 0 1 12727l性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系%100e)1/(2)arccos(122rTt(2-19) (2-20) (2-21) 2np1t超調(diào)量 上升時(shí)間 峰值時(shí)間 2828表2-2 典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （ 與KT的關(guān)系服從于式2-16） 具體選擇參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工藝要求選擇參數(shù)以滿足性能指標(biāo)。參數(shù)關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比阻尼比 超調(diào)量超調(diào)量 上升時(shí)間上升時(shí)間 t

18、r峰值時(shí)間峰值時(shí)間 tp 相角穩(wěn)定裕度相角穩(wěn)定裕度 截止頻率截止頻率 c 1.0 0 % 76.30.243/T 0.8 1.5% 6.6T8.3T69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T6.2T 65.50.455/T 0.6 9.5 % 3.3T4.7T59.2 0.596/T 0.5 16.3 % 2.4T3.2T 51.8 0.786/T29292. 2. 典型典型 I 型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 圖圖2-14a2-14a是在擾動(dòng)是在擾動(dòng) F F 作用下的典型作用下的典型 I 型系型系統(tǒng)，其中，統(tǒng)，其中，WW1 1( (s s) )是擾

19、動(dòng)作用點(diǎn)前面部分的傳是擾動(dòng)作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是遞函數(shù)，后面部分是WW2 2( (s s) ) ，于是，于是 只討論抗擾性能時(shí)，令輸入作用只討論抗擾性能時(shí)，令輸入作用 R R = 0= 0，得，得到圖到圖2-14b2-14b所示的等效結(jié)構(gòu)圖。所示的等效結(jié)構(gòu)圖。) 1()()()(21TssKsWsWsW(2-25) 3030圖圖2-14 2-14 擾動(dòng)作用下的典型擾動(dòng)作用下的典型 I 型系統(tǒng)型系統(tǒng))a)b0)(sR)(2sW)(1sW)(sF)()(sCsC)(sN)(11sW)(sW)(sC典型I型系統(tǒng) )(sF3131圖圖2-15 2-15 典型典型 I 型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用

20、下的等效框圖型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的等效框圖)b)(2sW)(1sW)(sF)(sC) 1() 1(121sTssTK122sTK122sTK11sTKdssKpi11) 1()(sF)(sCa)a)3232階躍擾動(dòng)作用下的輸出變化量階躍擾動(dòng)作用下的輸出變化量階躍擾動(dòng)：階躍擾動(dòng)：sFsF)()(1() 1()(222KsTssTTsFKsC 輸出變化量：輸出變化量：TtmeTtememmmmFKtCTtTtTt2sin2cos)1 ()1(1222)()2/()2/(/2225 . 0KT 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí): :3333221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%1

21、8.5%12.9%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4表表2-3 典型典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系(控制結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖2-15所示，已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5) 當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間卻拖得減小，但恢復(fù)時(shí)間卻拖得較長較長C Cb b=FK=FK2 2/2/234342.3.5 2.3.5 典型典型II型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 l可選參數(shù)：可選參數(shù)： 在典型在典型II型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)型系

22、統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)式式(2-10)(2-10)中，與典型中，與典型 I 型系統(tǒng)相仿，型系統(tǒng)相仿，時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)T T 也是控制對(duì)象固有的。也是控制對(duì)象固有的。l不同的是，不同的是，待定的參數(shù)有兩個(gè)：待定的參數(shù)有兩個(gè)： K K 和和 ，這，這就增加了選擇參數(shù)工作的復(fù)雜性。就增加了選擇參數(shù)工作的復(fù)雜性。 為了分析方便起見，為了分析方便起見，引入一個(gè)新的變量引入一個(gè)新的變量 h h，令令 12Th(2-32) 3535典型典型型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性dBL/0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/dec40dB/dec40dB/dec圖2-1

23、6 典型型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬度cK1(2-33)3636l中頻寬中頻寬h h 由圖可見，由圖可見，h h 是斜率為是斜率為20dB/dec20dB/dec的中頻的中頻段的寬度（對(duì)數(shù)坐標(biāo)），稱作段的寬度（對(duì)數(shù)坐標(biāo)），稱作“中頻寬中頻寬”。由于中頻段的狀況對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)由于中頻段的狀況對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此起著決定性的作用，因此 h h 值是一個(gè)很關(guān)值是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)鍵的參數(shù)。 3737參數(shù)之間的一種最佳配合參數(shù)之間的一種最佳配合 采用采用“振蕩指標(biāo)法振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合

24、，準(zhǔn)則，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合， 122hhc211hc 只要按照動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求確定了只要按照動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求確定了h h值，就可值，就可以按上述公式計(jì)算以按上述公式計(jì)算K K 和和 ，并由此計(jì)算調(diào)節(jié)器的參，并由此計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。數(shù)。22121ThhKc(2-39)3838輸入信號(hào)輸入信號(hào)階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差0 00 0 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatRKa /0（1 1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于表2-5中 1. 1. 典型典型II II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)

25、的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 （1 1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于表于表2-52-5中中 1. 1. 典型典型II II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 l在階躍和斜坡輸在階躍和斜坡輸入下，入下，II II型系統(tǒng)穩(wěn)型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)均無差；態(tài)時(shí)均無差；l加速度輸入下加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)增益增益K K成反比。成反比。3939表2-6 典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mrmin準(zhǔn)則確定關(guān)系時(shí)） h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T

26、k 52.6% 2.412.15 3 43.6% 2.65 11.65 237.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 129.8% 3.1 11.30 127.2% 3.2 12.25 125.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1（2 2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 4040圖圖2-17 典型典型II型系統(tǒng)在某種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖型系統(tǒng)在某種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2. 2. 典型典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系+ ) 1() 1(1TsshTsKsK2)(sF)(sC0)(1sW- )(2sW+s

27、K21TsKdssKpi11) 1()(sF)(sCa)a)b)b)4141l擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng) 在階躍擾動(dòng)下在階躍擾動(dòng)下: : 11212) 1(12)(222332222hTssThhsThhTsTFKhhsC（2-43） 4242 由式（由式（2-432-43）可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于不同）可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于不同 h h值的動(dòng)態(tài)抗擾過程曲線值的動(dòng)態(tài)抗擾過程曲線 C C( (t t) )，從而求出各，從而求出各項(xiàng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)，列于表項(xiàng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)，列于表2-72-7中。中。 在計(jì)算中，為了使各項(xiàng)指標(biāo)都落在合理的在計(jì)算中，為了使各項(xiàng)指標(biāo)都落在合理的范圍內(nèi)，取輸出量基準(zhǔn)值為范圍

28、內(nèi)，取輸出量基準(zhǔn)值為 Cb = 2FK2T （2-44） 4343表表2-7 典型典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （控制結(jié)構(gòu)和階躍擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖（控制結(jié)構(gòu)和階躍擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖2-18，參數(shù)關(guān)系符合最小，參數(shù)關(guān)系符合最小Mr準(zhǔn)則）準(zhǔn)則） h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm / T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70 10.4581.2% 2.85 8.80 84.0% 3.00 12.9586.3% 3.15 16.8588.1% 3.25 19.8089.6% 3.30 22.80 90.8% 3

29、.40 25.85一般來說，一般來說， h h 值越小，值越小，C Cmax/max/C Cb b 也越小，也越小，t tmm 和和 t tv v 都短，因而抗擾性能越好都短，因而抗擾性能越好這個(gè)趨勢與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)這個(gè)趨勢與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與量與 h h 值的關(guān)系恰好相反，反映值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾了快速性與穩(wěn)定性的矛盾但是，當(dāng)?shù)?，?dāng) h h 5 5 時(shí)，由于振蕩時(shí)，由于振蕩次數(shù)的增加，次數(shù)的增加，h h 再小，恢復(fù)時(shí)再小，恢復(fù)時(shí)間間 t tv v 反而拖長了反而拖長了4444l分析結(jié)果分析結(jié)果 由此可見，由此可見，h h = 5= 5是較好的選擇，這與跟是較

30、好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時(shí)間最短的條件是一致的隨性能中調(diào)節(jié)時(shí)間最短的條件是一致的（見表（見表2-62-6）。）。 因此，把典型因此，把典型型系統(tǒng)跟隨和抗擾的各項(xiàng)型系統(tǒng)跟隨和抗擾的各項(xiàng)性能指標(biāo)綜合起來看，性能指標(biāo)綜合起來看，h h = 5 = 5應(yīng)該是一個(gè)很應(yīng)該是一個(gè)很好的選擇。好的選擇。 4545l兩種系統(tǒng)比較兩種系統(tǒng)比較 比較分析的結(jié)果可以看出，典型比較分析的結(jié)果可以看出，典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)和典型和典型型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，在動(dòng)態(tài)性能中外，在動(dòng)態(tài)性能中: :l典型典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾

31、性能稍差，但抗擾性能稍差，l典型典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。卻比較好。 這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。46462.3.6 2.3.6 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似 處理處理非典型系統(tǒng)的典型化非典型系統(tǒng)的典型化1. 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇l基本思路: 將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正控制對(duì)象控制對(duì)象 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 輸入輸入輸出輸出典型系統(tǒng)典型系統(tǒng) 輸入輸入輸出輸出4747l選擇規(guī)律：選擇規(guī)律： 幾種校正成典型幾種校正成典型I型系統(tǒng)和典型型系統(tǒng)和典型II

32、型系統(tǒng)型系統(tǒng)的控制對(duì)象和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)列于表的控制對(duì)象和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)列于表 2-82-8和表和表2-92-9中。中。 4848表表2-8 2-8 校正成典型校正成典型I I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對(duì)控制對(duì)象象調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器參數(shù)參數(shù)配合配合) 1)(1)(1(3212sTsTsTK) 1)(1(212sTsTKT1、T2 T312TsK) 1(2TssK) 1)(1)(1(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1(sKipKsss) 1)(1(21ssK11pi) 1(11T2211,TT3211,TTTTT1 T24949表表2-9 2-9

33、 校正成典型校正成典型IIII型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對(duì)象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合) 1(2TssK21212) 1)(1(TTsTsTK相近21212,) 1)(1(TTsTsTsK都很小21212,) 1)(1(TTsTsTsK3213212) 1)(1)(1(TTTsTsTsTK、認(rèn)為： ssK11pi) 1(ssK11pi1ss) 1)(1(21hT1認(rèn)為： 21hTsTTs11111）（或）（或122211 ThThThT)(211TTh)(321TThsTsT11111ssK11pi1ssK11pi15050l選擇規(guī)律：選擇規(guī)律： 有時(shí)僅靠有時(shí)僅靠 P P、I I、PIPI、PDPD及及PIDPID幾種調(diào)節(jié)器都幾種調(diào)節(jié)器都不能滿足要求，就不得不作一些近似處理，不能滿足要求，就不得不作一些近似處理，或者采用更復(fù)雜的控制規(guī)律?；蛘卟捎酶鼜?fù)雜的控制規(guī)律。51512. 2. 傳遞函數(shù)近似處理傳遞函