8、計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)力學(xué)分析第4講課件

1、1定義和控制系開(kāi)環(huán)1定義和控制系開(kāi)環(huán)系閉環(huán)系閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模反饋的代1.1控制系統(tǒng)1.1控制系統(tǒng)1.1 控制系統(tǒng)烘烤爐溫度控制系統(tǒng)1.1 控制系統(tǒng)烘烤爐溫度控制系統(tǒng)1.1控制系統(tǒng)發(fā)展歷1769Watt發(fā)明了飛球調(diào)節(jié)器，最早應(yīng)用于工業(yè)過(guò)1.1控制系統(tǒng)發(fā)展歷1769Watt發(fā)明了飛球調(diào)節(jié)器，最早應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程的控制1868J.C.Maxwell用微分方程為一種蒸汽機(jī)的調(diào)節(jié)器建立了數(shù)學(xué)模1913Ford在汽車(chē)生產(chǎn)中引入了機(jī)械化裝配1927H.W.Bode分析了反饋放大1932H.Nyquist研究出了系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方1952MIT對(duì)機(jī)床實(shí)施軸向控制，開(kāi)發(fā)出數(shù)控（NC）方法1954開(kāi)發(fā)出“程控物體轉(zhuǎn)運(yùn)器

2、”最早的工業(yè)機(jī)器1960Unimate研制了第一臺(tái)機(jī)器人，并于1961年用它向壓鑄機(jī)給料1970發(fā)展了多變量模型和最1980魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到廣泛研1994汽車(chē)上廣泛采用反饋控1定義控制系開(kāi)環(huán)系1定義控制系開(kāi)環(huán)系閉環(huán)系閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模反饋的代1.21.21.2直流電機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1.2直流電機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1定義控制系開(kāi)環(huán)系1定義控制系開(kāi)環(huán)系閉環(huán)系閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模反饋的代1.31.31.31.31.3直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1.3直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1定義控制系開(kāi)環(huán)系1定義控制系開(kāi)環(huán)系閉環(huán)系閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模反饋的代1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型閉環(huán)系統(tǒng)方框out 閉環(huán)系統(tǒng)1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型閉環(huán)系統(tǒng)方框out

3、 閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模(s) 1 A(s)G(s)HH1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型例：壓板用于壓制薄1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型例：壓板用于壓制薄工完成鋼板的Y這通過(guò)預(yù)設(shè)值Ya與之控制閥動(dòng)作，從而。；制流量Q ；并推動(dòng)壓執(zhí)行器輸出力，上；Fd 為擾動(dòng)力。2016-12-制造工程及自動(dòng)1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型H(s) b QKc 數(shù)為 KmK1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型H(s) b QKc 數(shù)為 KmKcbKpFcc K K Kp cc1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型被控對(duì)象可以假設(shè)為一個(gè)彈簧-質(zhì)量-Y1G(s) Ms2 DsYa1YMs2 Ds1.4閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型被控對(duì)象可以假設(shè)為一個(gè)彈簧-質(zhì)量-Y1G(s) Ms2 DsYa

4、1YMs2 DsT(s) YKp，F(xiàn)dMs2 DsK Y ap1定義控制系開(kāi)環(huán)系1定義控制系開(kāi)環(huán)系閉環(huán)系閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模反饋的代1.5增加了元器件的數(shù)量1.5增加了元器件的數(shù)量和系統(tǒng)的復(fù)雜性損失了增益可能帶來(lái)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精穩(wěn)2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精穩(wěn)定其他系統(tǒng)指2.1跟隨誤數(shù)學(xué)模out 1(s)2.1跟隨誤數(shù)學(xué)模out 1(s)1 A(s)G(s)H穩(wěn)態(tài)誤sinlim(t)lims(s)ss0 1 A(s)G(s)HtsH2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精穩(wěn)2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精穩(wěn)定其他系統(tǒng)指2.2穩(wěn)定的概線性系統(tǒng)2.2穩(wěn)定的概線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條穩(wěn)定度判2.2.1 穩(wěn)定的概若系統(tǒng)受

5、到瞬時(shí)擾動(dòng)的作用，而使被控量xc (t) 始平衡位置而產(chǎn)生偏差xc 2.2.1 穩(wěn)定的概若系統(tǒng)受到瞬時(shí)擾動(dòng)的作用，而使被控量xc (t) 始平衡位置而產(chǎn)生偏差xc 2016-12-制造工程及自動(dòng)2.2穩(wěn)定穩(wěn)定的概線性2.2穩(wěn)定穩(wěn)定的概線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條穩(wěn)定度判線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件ddnxanx1線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件ddnxanx12nx(t) C e CCrr 1212n1 n1y線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件r1, r2 rn線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件r1, r2 rnH(s) X(s) 1sn a sF1n2.2穩(wěn)定穩(wěn)定的概線性2.2穩(wěn)定穩(wěn)定的概線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條穩(wěn)定度

6、判2.2.3 穩(wěn)定度判2.2.3 穩(wěn)定度判穩(wěn)定度判據(jù)頻率法基本方xcxr W 1H(s) K2K W (s穩(wěn)定度判據(jù)頻率法基本方xcxr W 1H(s) K2K W (s) 令1D D 1HKg N(s) K1K2N1(s)NHWKD 1HH穩(wěn)定度判據(jù)頻率法K1N1(s)DH NBW (s)穩(wěn)定度判據(jù)頻率法K1N1(s)DH NBW (s)D(s)K N(s) D B1W gBKF(s) DB(s) 1 Kg N(s) 1W K因D(s)的階次大于N (s)的階次，所以D(s)(s)有同樣穩(wěn)定度判據(jù)頻率法D(s) 0穩(wěn)定度判據(jù)頻率法D(s) 0DB(s) 0 的nArgD(j)(ArgD (j

7、)BArgF( j) ArgDB ( j) ArgD( j) 穩(wěn)定度判據(jù)頻率法D(s) 穩(wěn)定度判據(jù)頻率法D(s) ArgD(j)(n p) (ArgD (j)BArgF(j)ArgDB(j)ArgD(j)2 軌跡繞(-1,j0p穩(wěn)定度判據(jù)頻率法WKj) L(穩(wěn)定度判據(jù)頻率法WKj) L(1時(shí)的相位為(c) ccPM30 時(shí)的幅值為WKjj() 1WK(j20GM 穩(wěn)定度判據(jù)頻率法例：壓板機(jī)穩(wěn)定性穩(wěn)定度判據(jù)頻率法例：壓板機(jī)穩(wěn)定性M 103D 1.5105NK 107試決定在下述Kp8pp88p穩(wěn)定度判據(jù)頻率法解：不計(jì)干擾力的作用Ya1YMs2 DsKpW (s) KMs2 Ds2或W (s) 穩(wěn)

8、定度判據(jù)頻率法解：不計(jì)干擾力的作用Ya1YMs2 DsKpW (s) KMs2 Ds2或W (s) nsK02nn KpKp 0.75K 100rad/sI0n2016-12-KM制造工程及自動(dòng)穩(wěn)定度判據(jù)頻率法Kp12穩(wěn)定度判據(jù)頻率法Kp123穩(wěn)定度判據(jù)頻率法穩(wěn)定度判據(jù)頻率法2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精穩(wěn)2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精穩(wěn)定其他系統(tǒng)指2.3系統(tǒng)的階躍響應(yīng)指最大超調(diào)量 2.3系統(tǒng)的階躍響應(yīng)指最大超調(diào)量 3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系比例控比例加微分控比例加積分控超前-滯后控3.1模型方框out 傳遞函數(shù)3.1模型方框out 傳遞函數(shù) 1 A(s)G(s)HH3自動(dòng)控制系統(tǒng)的

9、典型控制系3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系比例控比例加微分控比例加積分控超前-滯后控3.2比例控制定義穩(wěn)態(tài)誤差A(yù)(s) Kpsin s3.2比例控制定義穩(wěn)態(tài)誤差A(yù)(s) Kpsin sin s1 A(s)G(s)H1 G(s)HpKp穩(wěn)定度由前面例題知，Kp 3.2比例控制設(shè)計(jì)技。3.2比例控制設(shè)計(jì)技。Kp2 取3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系比例控比例加微分控比例加積分控超前-滯后控3.3比例加微分控制定義A(s) KdsKp穩(wěn)態(tài)誤差sin 3.3比例加微分控制定義A(s) KdsKp穩(wěn)態(tài)誤差sin sin s1 A(s)G(s)H1(K s)G(s)Hdp易見(jiàn)，對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差沒(méi)有

10、顯著影響穩(wěn)定度3.3比例加微分控制K)K (s pA(s3.3比例加微分控制K)K (s pA(s) K s K (sdpddaKd3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系比例控比例加微分控比例加積分控超前-滯后控3.4定義A(s) ps穩(wěn)態(tài)誤差sin sin 3.4定義A(s) ps穩(wěn)態(tài)誤差sin sin Kpss1 A(s)G(s)HG(s)Hs1 穩(wěn)定度因?yàn)閍rgAj0 3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系3自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型控制系比例控比例加微分控比例加積分控超前-滯后控3.5超前-滯后控制A(s) Kp (Kas定義Kbs穩(wěn)態(tài)誤差sin3.5超前-滯后控制A(s) Kp (Kas定義Kbs穩(wěn)態(tài)誤差sin sin Kp(Kass1 A(s)G(s)HG(s)HKbs穩(wěn)定度超前-滯后的相位特性，使得通過(guò)適當(dāng)選取制造工程及自動(dòng)和，2016-12-3.5超前-滯后控制1KpKa (s)A(s)