您所在位置： &
&nbsp&&nbsp&nbsp&&nbsp
机械控制工程基础 作者 北京机械工业管理学院 朱骥北 主编机械控制工程基础 第三章 瞬态响应及误差分析.ppt106页
本文档一共被下载：
次 ,您可全文免费在线阅读后下载本文档。
文档加载中...广告还剩秒
需要金币：120 &&
你可能关注的文档：
··········
··········
小结 第三章总结 稳定性 与闭环极点位置有关，相当于与系统的结构和参数有关；与输入无关。 瞬态响应及动态性能指标 与闭环传递函数的极点和零点的位置有关，输入一般为阶跃函数。 稳态性能 与时间常数形式开环传递函数中的积分环节及增益有关；与输入作用的形式有关；与输入作用的类型有关； 误差的定义相当于从系统的输出端来定义，偏差的定义相当于从系统的输入端来定义 [复合控制系统]：在控制系统中引入与给定作用和扰动作用有关的附加控制可构成复合控制，可进一步减小给定误差和扰动误差。 图 a 的误差： ⒈按给定作用补偿： 图 a
在图 a 的基础上加上环节 ，就构成了顺馈控制系统。 六、复合控制系统的误差分析 复合控制系统 再来计算图 b 的误差函数 。 即由给定引起的稳态误差为零，输出完全复现给定输入。该式称为按给定作用实现完全不变性的条件。 若满足 则 ， 复合控制系统 由于这种补偿器的传递函数G3 s 是在系统的回路之外，因此可以先设计系统的回路，保证其有较好的动态性能，然后再设计补偿器以提高系统对典型输入信号的稳态精度。 由上面分析可看出，按输入补偿的办法，实际上相当于将输入信号先经过一个环节，进行一下“整形”，然后再加给系统的回路，使系统既能满足动态性能的要求，又能保证高稳态精度。 若满足 则 。 - + ⒉按扰动作用补偿 - 令 ，由于是单位反馈系统，所以误差 。 前馈控制系统 未加前馈时， - + －1 - + - + 这个条件就是对扰动作用实现完全不变性的条件。即系统的输出完全不受扰动的影响。 但在实际的系统中，有时 是难以实现的。 从结构图可看出，实际上是利用双通道原理使扰动信号经两条通道到达相加点时正好大
正在加载中，请稍后...开关电源从理论上来说，是个强病态系统，但经过工程；参数整定寻最佳，从小到大顺序查；先是比例后积分，；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线波动周期长，；联想曲线两个波，前高后低4比1；一看二调多分析，；这是一条所有学过《自动控制理论》的人，都能熟记于；能反映系统的外部特性，即输入-输出的特性，因此传；g(t)_1=6*exp(-2*t)-2*exp；我一般都是
开关电源从理论上来说，是个强病态系统，但经过工程化近似，好多问题可以运用经典控制理论来解决。而经典控制理论里面的PID调节，有个脍炙人口，大家耳熟能详的口诀，就是著名的PID调节口诀：
参数整定寻最佳，从小到大顺序查； 先是比例后积分，最后才把微分加； 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大； 曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳；
曲线偏离回复慢，积分时间往下降； 曲线波动周期长，积分时间再加长； 曲线振荡变很快，先把微分降下来； 动差大来波动慢，微分时间要加长；
联想曲线两个波，前高后低4比1； 一看二调多分析，调节质量不会低。
这是一条所有学过《自动控制理论》的人，都能熟记于心的口诀。小弟不才，原与各位共同讨论这个话题。PID调节，何为P，何为I，何为D?何为零点，何为极点及它们在系统中的影响。所谓P者，即proportion比例环节，作为最基本的控制作用，瞬态反应快，比例增益变大会减小稳态误差增加稳态精度，但会使系统稳定性下降。所谓I者，即integral积分环节，只要还有误差（即残余的控制偏差）存在，积分控制就按部就班地逐渐增加控制作用直到余差消失，所以积分的效果比较缓慢。所谓D者，即differential环节，微分控制是一种 “预见” 型的控制，它测出偏差的瞬时变化率，作为一个有效早期修正信号，在超调量出现前会产生一种校正作用。如果系统的偏差信号变化缓慢或是常数，偏差的导数就很小或者为零，这时微分控制也就失去了意义。微分控制的特点是：尽管实际测量值还比设定值低，但其快速上扬的冲势需要及早加以抑制，否则等到实际值超过设定值再作反应就晚了。但如果作为基本控制使用，微分控制只看趋势不看具体数值所在，最理想的情况是能够把实际值稳定下来，但无法保证稳定在设定值，所以微分控制不能作为基本控制作用。上述可算是对PID调节的三个工具作用做的总结，如何使用它们，就要引出几个很重要的概念：负反馈、传递函数、零点、极点。一、 引子
何谓自动控制：小时候没见过大世面，高考报志愿的时候，搞不清自动化跟电气工程的差别，看到自动化专业，马上能联想到的是：这边一按按钮，那边机器自动开始工作，然后人就可以一边去泡杯茶，下象棋，两三个小时回来，再按按钮，机器停止工作，收工，这活又轻松又能拿钱。这种土鳖式的理解，一直持续到大三学习《自动控制原理》。如果有哪位达人能在我小时候学走路的时候告诉我，小孩子学走路，就是个自动控制的过程，我万万不会有上述幼稚可笑的想法。举个简单的例子，小孩子去取一个玩具。设定目标：玩具；控制对象：双脚；执行机构：大脑。这个过程看似简单，其实已经包含了控制系统的所有概念。小孩子去取玩具，设定需要走的路线，然后大脑控制双脚去走这条路线。走的偏了，眼睛反馈给大脑，大脑校正双脚回到正轨；再次偏离正轨，眼睛再次反馈给大脑，大脑再次校正双脚回到正轨.周而复始，经过一段时间，终于到达玩具所在地，完成任务。这是一个非常完整的自动控制的过程。由此，我们可见，作为一个完整的自动控制系统，至少需要包括三个元素：1、控制机构：大脑；这个可理解成 控制器。2、执行机构：双脚；这个可理解成 被控对象。3、反馈环节：眼睛。 这个可理解成 测量工具。作为一个完整的自动控制系统，上面三个元素，缺一不可。《自动控制理论》研究的是什么呢？如果《自动控制原理》这门课程，改名为《反馈控制系统》或者《偏差控制系统》，可能会更确切些。《自动控制原理》研究的仅仅是 上述三个元素中的两个元素：控制机构和反馈环节，而且这个反馈环节，可以简化为 单位负反馈。 在这门课程里，被控对象是已知的，即是各种典型环节，最典型的是二阶欠阻尼环节。事实上，被控对象的确立，同样是个很复杂的过程。涉及到开关电源中，即是开关变换器的建模。而我们所采用的 单极点补偿器、单极点单零点补偿器、双极点双零点补偿器，这些统统属于控制机构。在不知道被控对象是啥的前提下，使用这些补偿器，无异于盲人摸象。在自控原理中，建模的过程，被一笔带过，重点研究的是 控制机构的设计。1、经典控制理论与现代控制理论的主要差别。经典控制理论和现代控制理论，同属于自动控制理论的范畴，属于两种截然不同的分析方式。现实生活中，我们更多接触的是物理模型，而自动控制理论，归根结底，是个数学问题。那么，把真实的物理系统理想化之后，即为物理模型，对物理模型进行数学描述，即为数学模型。经典控制理论着重研究系统的输入-输出特性（即外部描述），现代控制理论不但研究系统的输入-输出关系，而且还研究系统内部各个状态变量，采用状态向量描述（即内部描述）。两种描述，都有时域和频域方法。从广义上讲，现代控制理论的应用层面更宽，而经典控制理论的应用领域相对狭窄，仅仅用于 线性时不变定常连续系统。2、传递函数：那么怎么把一个物理模型，描述出数学模型，很简单，就是利用了传递函数。任何一个线性定常连续系统，都可以用一个线性常微分方程描述。把输出量的微分线性组合放在方程等式左边，输入量的微分线性组合放在方程右边，等号两边分别取拉普拉斯变换，就得到了我们的传递函数模型。通过拉普拉斯变换，线性微分方程转换成了代数方程，传递函数表达了一个系统输入-输出的关系，一旦系统给定，传递函数就不会变化，即传递函数不受输入和输出的变化影响。传递函数又可定义为初始条件为零的线性定常系统输出量的s变换与输入量的s变换之比。传递函数的局限在于，它只
能反映系统的外部特性，即输入-输出的特性，因此传递函数模型也常被称为“黑箱”模型，我们只能看到由它引起的外部变化，并不能解决系统内部的一些问题和矛盾。要解决这个问题就要用状态空间模型和现代控制理论，因此状态空间模型又称“白箱”模型，我们可以清晰看到它的内部结构，以便对系统进行优化和完善。3、经典控制理论研究的核心内容。已知一个系统的传递函数，这个系统的动态性能从最根本上讲取决于什么，这些决定因素是如何影响系统性能的。 这个问题其实是经典控制理论最最核心的问题，经典控制理论所有的研究方法都是基于这个问题展开的。给定一个传递函数G（s），决定系统性能的最根本因素就是系统的零点和极点在复平面上的分布情况，其中起决定性作用的是极点的分布，它决定了系统是否是稳定的，是否有震荡，震荡的频率和幅度等等系统最关键的东西，零点的存在起的是一种调节作用，要么是锦上添花，要么是雪上加霜。学习经典控制理论，最终目的是学会如何根据各种被控对象来设计合适的控制器，但从上面的意义上来讲，设计控制器最终目的就是为了把整个系统的零点和极点控制在我们希望的区域或范围内。4、经典控制理论的分析方法：经典控制理论，概括来讲，有三种分析方法：时域分析、根轨迹分析、频域分析。那么PID调节，属于哪种分析方式呢？属于时域分析。很多人可能不太理解这样的观点。PID，含有零点、含有极点，零极点的概念，在频域分析法中同样存在，应该属于频域分析。频域分析与时域分析的主要差别在于：1）、时域分析法，研究的是系统的闭环传递函数，里面的零极点，也都是闭环零极点。频域分析的研究对象是开环传递函数，里面的零极点都是开环零极点。而经典控制理论研究的内容，是闭环零极点，所以我们可以说，频域分析法是一种间接分析法，时域分析法是三种分析法中最直接最直观的方法。2）、拉普拉斯算子的不同。时域分析法中的s算子，是个复数，因此也常被称为复频域分析法。而频域分析法中的s算子，则是个纯虚数。个人觉得在一般的电源控制电路中，PID这三个量很难独立调节，调一个电阻或者一个电容，都会影响两个参数。我们用的比例微分和比例积分电路，都是含有零点和极点的，这不能完全等同于PID三个参数。拿实际中用运放搭的有比例微分和比例积分环节的实际电路来说一下参数调整呢？就用时域方法吧！这个大家都容易实现，用MOSFET做开关，一个电阻做负载，来获得阶跃响应。你说到阶跃响应，没错，时域分析法的核心内容，就是对一个系统施加阶跃信号，从它的阶跃响应，来判断系统的性能。对于一个系统的阶跃响应（step）：（1）、如果系统传递函数G(s)所有极点都具有负实部，那么这个系统无论如何都是稳定的（输出有一个最终的恒定值）。（2）、传递函数G(s)只要有一个极点具有正实部，这个系统都是不稳定或者发散的。（3）、如果传递函数G(s)的极点存在复数根，那么系统的输出将存在震荡。复根离实轴越远震荡越厉害，离虚轴越远震荡衰减越快。反之，如果传递函数G(s)不存在复数根，则不存在震荡。例如系统一传递函数为G(s)_1=(4s+2)/[(s+1)(s+2)]，系统二的传递函数为G(s)_2=(1.5s+2)/[(s+1)(s+2)]，它们具有相同的极点，但零点不同。它们在时域上拉氏反变换分别为：
g(t)_1=6*exp(-2*t)-2*exp(-t)，g(t)_2=exp(-2*t)+1/2*exp(-t)。
我一般都是看系统的阶跃响应来判断系统的状况的。也就是开机的输出波形。
通过建模，得到系统的传递函数之后，对系统外施一给定信号，系统状态和输出在时间域上的响应，决定于系统本身的参数结构，以及系统初始状态和给定输入信号的形式。通过对时间域响应的研究来评价系统性能，即为控制系统的时域分析。具体来说，是根据闭环系统的零极点在复平面上位置的分布来分析系统的性能，故又称为复频域分析。为了时域研究方便，常对线性系统施加典型信号，常用的典型信号有下面五种：（1）、单位阶跃函数：Y(t)=Heaviside(t)，Y(s)=1/s。（2）、单位斜坡函数（等速度函数）：Y(t)=t，Y(s)=1/s^2。（3）、单位抛物线函数（等加速度函数）：Y(t)=1/2*t^2，Y(s)=1/s^3。（4）、单位冲激函数：Y(t)=dirac(t)，Y(s)=1。（5）、正弦函数：Y(t)=sin(w*t)，Y(s)=w/(s^2+w^2)，常用作频域分析时的典型输入信号。对于同一系统，施加不同形式的输入信号，得到的输出响应是不同的。线性控制系统的特点是，系统性能只由系统本身的结构参数决定，亦即不同形式输入得到的不同输出响应所表征的系统性能是唯一一致的。既然，系统性能只由系统本身的结构参数决定，亦即不同形式输入得到的不同输出响应所表征的系统性能是唯一一致的。那么，可以用上述五个典型型号作为系统输入，去测评系统的特性，上述五个典型信号，在表征系统特性的作用上，是等价的。但我们在时域分析中，常采用阶跃信号和冲激信号，来表征系统特性。这不是偶然的，里面包含着很深刻的数学基础，后面会谈到。有兴趣的朋友，不妨谈谈，我们为什么常用阶跃信号来做典型输入信号呢？当用阶跃信号作为典型输入信号，得到系统的阶跃响应曲线之后，该用哪些指标来衡量呢？
上述是一个最典型的二阶系统的阶跃响应，主要测评指标有：(1)、最大超调量Mp：暂态期间输出超过对应的输入终值的最大偏离量，用百分数表示。(2)、峰值时间Tp：对应于最大超调量发生的时间（从t=0开始计时）。(3)、上升时间Tr：暂态过程中输出第一次达到对应的输入终值的时间（从t=0开始计时）。(4)、调整时间Ts：输出与对应的输入终值之间的偏差达到容许范围（5%或2%）所经历的暂态过程时间（从t=0开始计时）。(5)、延迟时间Td：系统响应从t=0开始计时第一次达到终值一半所需时间。(6)、稳态误差Ess（Steady State Error）：稳定的系统，当给定参考输入或外来扰动加入系统后经过足够长的时间，暂态响应已经衰减到微不足道的情况下，系统稳态响应的实际值与期望值之间的误差。既然经典控制理论，以被控对象的数学模型为研究对象，而数学模型具体可以表达成传递函数。那么传递函数，到底该如何表示呢？前面说过，经典控制理论的分析法，大致有三种分析法：时域分析、根轨迹分析、频域分析，那么对应的传递函数也可表示成三种形式。1、有理分式形式
式中：bi、ai为实常数且n≥m ，上式称为n阶传递函数，相应的系统为n阶系统。
这个通常是系统的闭环传递函数，时域分析就是以它为研究对象的。
2、零、极点形式
式中：zj称为函数的零点，pj称为函数的极点， K=Bm/An称为传递系数或者根轨迹增益，为分
子分母最高项系数的比值。系统的开环传递函数，常表达成这种形式。根轨迹分析法，就是以它为研究对象的。
3、时间常数形式
其中K=B0/A0,为函数式常数项比值，这也是大名鼎鼎的开环增益。经典控制理论的第三种分析方
法频域分析法，就是以这种表达形式为研究对象的。
世界是现实世界，且是个能量守恒的世界，物体的运动，遵循着各种各样的规律，将这些规律抽象出来，就可以用数学来描述物体的运动规律。这些运动规律，抽取其典型，就形成了各种各样的典型环节，将典型环节组合起来，就形成了各种各样的传递函数表现形式，也形成了各式各样的物体运动规律。最常见的典型环节如下图所示（因论坛无公式编辑功能，故只能在word上录入截图）
第七种典型环节的极点在s平面的右半平面，这种环节是不稳定的，称为不稳定环节。传递函
数，无外乎是这些典型环节的组合。上面两个帖子的内容，在任何一本自动控制理论书籍里都能找到，之所以把它们贴出来，是因为它们太重要了。这些组成了时域分析法的基础元素。基础内容更新完毕，可以展开进一步的分析。比如，我们为什么把阶跃信号作为最典型的时域输入信号呢？阶跃响应，为何可以同时表现系统的动态特性和稳态特性呢？这里的G(s) 疑问：1.是单位反馈中的，前向通路G（S）吗？2. 还是前向通路（反馈通路没有写表达式）？3.直接的就是闭环传递函数？哪种情况呢？上述三种G(S)，可以认为是开环传递函数，也可以认为是闭环传递函数。要看分析方法的需要。有人说：开环增益包含了开环零-极点的信息，俺不理解，并质疑。从下面的公式可以看出：开环增益就是时间常数表达法中的G(0) ,如合能看出：开环增益 K 和时间常数 有关？换句话说：可以保持开环的零-极点位置不变，可以自由上下移动开环BODE图。（开环增益 K 和时间常数没有相关性，假如有相关性，就没有常规根轨迹之说。）
三亿文库包含各类专业文献、文学作品欣赏、中学教育、应用写作文书、幼儿教育、小学教育、专业论文、外语学习资料、各类资格考试、经典控制理论之PID调节_图文34等内容。　
　而经典控制理论里面的 PID 调节,有个脍炙人口,大家耳熟能详的口诀,就是著名的 PID 调节口诀: 参数整定寻最佳,从小到大顺序查; 先是比例后积分,最后才把微分加... 　theory 学生姓名 : 指导教师 : 杨锦 李离 2016 自动控制原理设计 摘 要 传统 PID 控制是经典控制理论中的一种比例微分积分控制,是工业中应用最 广泛的控制方法... 　北京理工大学自动控制理论实验报告5_物理_自然科学_专业资料。北京理工大学自动控制理论实验报告 数字PID 控制 第五次实验 1 数字 PID 控制一.实验目的 1.了解数字... 　经典PID与模糊PID控制一、PID 控制规律 控制输出由三部分组成: 比例环节――...调节PID的参数,首先将操作人员或专家的调节经验作为知识库, 然后运用模糊控制理论... 　PID 控制是一种在工业生产中应用最广泛的控制方法,其最大的优点是不需要了解被 控对象精确的数学模型,进行复杂的理论计算。只需要在线根据被控变量与给定值之间的... 　PID 调节概念及基本原理 目前工业自动化水平已成为...控制理论的其 它技术难以采用时,系统控制器的结构和...概述 作为经典的控制理论, PID 控制规律仍然是当今... 　那么就此, 我们结合经典控制理论, 来研究一下单回路 PID 的控制的实际应用。 首先,我们看一下控制系统中的典型环节。 比例环节:又称放大环节,其特点是一种输出... 　在 20 世纪 40 和 50 年代就发展成熟起来的经典控制理 论至今仍旧被人们广泛应用,尤其是经典控制理论中的 PID 控制经久不衰,这就 说明经典控制理论有一定的... 　PID调节以及波形图在工程中的实际应用_电子/电路_工程科技_专业资料。海 得 工...而 PID 技术作为过程控制的经典理论,在人们没有意识到他的作用 时,其实已经被...温馨提示！由于新浪微博认证机制调整，您的新浪微博帐号绑定已过期，请重新绑定！&&|&&
LOFTER精选
网易考拉推荐
用微信&&“扫一扫”
将文章分享到朋友圈。
用易信&&“扫一扫”
将文章分享到朋友圈。
阅读(446)|
用微信&&“扫一扫”
将文章分享到朋友圈。
用易信&&“扫一扫”
将文章分享到朋友圈。
历史上的今天
loftPermalink:'',
id:'fks_082064',
blogTitle:'\t\t经典控制理论之PID调节——转自 电源网',
blogAbstract:' '
{list a as x}
{if x.moveFrom=='wap'}
{elseif x.moveFrom=='iphone'}
{elseif x.moveFrom=='android'}
{elseif x.moveFrom=='mobile'}
${a.selfIntro|escape}{if great260}${suplement}{/if}
{list a as x}
推荐过这篇日志的人：
{list a as x}
{if !!b&&b.length>0}
他们还推荐了：
{list b as y}
转载记录：
{list d as x}
{list a as x}
{list a as x}
{list a as x}
{list a as x}
{if x_index>4}{break}{/if}
${fn2(x.publishTime,'yyyy-MM-dd HH:mm:ss')}
{list a as x}
{if !!(blogDetail.preBlogPermalink)}
{if !!(blogDetail.nextBlogPermalink)}
{list a as x}
{if defined('newslist')&&newslist.length>0}
{list newslist as x}
{if x_index>7}{break}{/if}
{list a as x}
{var first_option =}
{list x.voteDetailList as voteToOption}
{if voteToOption==1}
{if first_option==false},{/if}&&“${b[voteToOption_index]}”&&
{if (x.role!="-1") },“我是${c[x.role]}”&&{/if}
&&&&&&&&${fn1(x.voteTime)}
{if x.userName==''}{/if}
网易公司版权所有&&
{list x.l as y}
{if defined('wl')}
{list wl as x}{/list}您所在位置： &
&nbsp&&nbsp&nbsp&&nbsp
时域响应与误差分析ppt.pptx 73页
本文档一共被下载：
次 ,您可全文免费在线阅读后下载本文档。
下载提示
1.本站不保证该用户上传的文档完整性，不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。
2.该文档所得收入(下载+内容+预览三)归上传者、原创者。
3.登录后可充值，立即自动返金币，充值渠道很便利
需要金币：300 &&
时域响应与误差分析ppt.pptx
你可能关注的文档：
··········
··········
第3讲时域响应与误差分析;概览;3.1系统的典型信号;典型输入信号;例舰船随动系统;实际摇摆曲线;;方位角速度;被测系统;讨论;阶跃信号由于频谱的高频部分衰减很快，因此进行对象特性测试时，只能得到低频的数学模型实际脉冲信号的宽度越窄，越能提供宽范围的频谱以激发对象;3.2系统的时间响应;3.2.1系统的时域性能指标;上升时间tr:曲线从０上升到稳态值的时间峰值时间tp：曲线达到第一个峰值的时间调整时间ts:曲线达到并保持在误差带内的时间最大超调量Mp：曲线的最大值与稳态值的差振荡次数：调整时间内，响应曲线穿越稳态值的次数的一半．;;3.2.2一阶系统响应;单位阶跃响应;单位阶跃响应曲线;t=T时,响应曲线达到稳态的63.2%t=0处,曲线切线斜率为1/TT是一阶系统的性能参数,T越小,系统的惯性越小,响应过程越快;3.2.3二阶系统的时间响应;特征方程的根是一对共轭复根;;单位阶跃响应;;特征方程为两个相等的负实根;;特征方程为两个不等的负实根;零阻尼，特征方程的根为一对共轭虚根;;二阶系统阶跃响应曲线;;系统极点和时间响应波形的关系;衰减得快;附加极点和零点的影响;;;临界阻尼情况;非最小相位零点会引起下超调;附加极点与零点的影响;3.3系统的稳态误差分析;芝诺的阿基里斯(Achilles)悖论;控制系统中的追龟;误差的表示;误差的定义;输入端定义的误差在实际系统中可以量测，具有一定的物理意义输出端定义的误差在性能指标中经常使用，但实际系统中有时无法测量特殊定义的误差常用于跟踪系统;输入端误差和输出端误差之间的关系;期望输出和实际输入之间的关系;误差传递函数;误差传递函数;稳态误差;稳态误差;系统的类型;以开环系统在s平面坐标原点上的极点的重数v来分，系统分为：0型系统；Ⅰ型系统；Ⅱ型系统。;阶跃信号下稳态误差;思考？;斜坡输入稳态误差;加速度输入稳态误差;例子：求斜坡输入下的稳态误差;;扰动信号输入下的稳态误差;扰动单独作用下的误差传递函数;扰动作用下的稳态误差为;增大系统增益提高系统型别采用前馈控制;增大系统增益;增加系统的型别;求在扰动点之前和之后加上积分环节后的误差大小（???跃输入）;;;结论;采用前馈控制
正在加载中，请稍后...控制工程复习小结_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
控制工程复习小结
上传于|0|0|暂无简介
阅读已结束，如果下载本文需要使用0下载券
想免费下载更多文档？
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢}