自動(dòng)控制原理課第三章2015穩(wěn)定判據(jù)

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析(12學(xué)時(shí))信息學(xué)院二○一五年十月2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析3.5自動(dòng)控制系統(tǒng)的代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)

1、穩(wěn)定的基本概念

定義：如果線性定常系統(tǒng)受到擾動(dòng)的作用，偏離了原來(lái)的平衡狀態(tài)，而當(dāng)擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)又能夠逐漸恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)（或達(dá)到新的平衡狀態(tài)），則稱該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則，稱該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。注意：穩(wěn)定性是系統(tǒng)的一種固有特性，這種特性只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外作用無(wú)關(guān)。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析穩(wěn)定與不穩(wěn)定系統(tǒng)的示例圖a擺運(yùn)動(dòng)示意圖（穩(wěn)定系統(tǒng)）Af圖b不穩(wěn)定系統(tǒng)圖c小范圍穩(wěn)定系統(tǒng)dfcA物理意義上的穩(wěn)定概念2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析

設(shè)線性定常系統(tǒng)在初始條件為零時(shí)，輸入一個(gè)理想單位脈沖，這相當(dāng)于系統(tǒng)在零平衡狀態(tài)下，受到一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)的作用，如果當(dāng)t趨于∞時(shí)，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)xc(t)收斂到原來(lái)的零平衡狀態(tài)，即該系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。數(shù)學(xué)意義上的穩(wěn)定概念2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析j0j0j0j0j0五種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（脈沖輸入時(shí)）2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析

系統(tǒng)特征方程的根（即系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)）全部負(fù)實(shí)數(shù)或具有負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)數(shù)，也就是所有的閉環(huán)特征根分布在S平面虛軸的左側(cè)（不包括虛軸），即2、穩(wěn)定的充分必要條件2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析3.勞斯穩(wěn)定判據(jù)(Routh’sstabilitycriterion)

由以上討論可知：判穩(wěn)先求根。但是，對(duì)高階系統(tǒng)，在求根時(shí)將會(huì)遇到較大的困難。人們希望尋求一種不需要求根而能判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的間接方法，例如:直接用系數(shù)就可以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而勞斯判據(jù)就是其中的一種。代數(shù)判據(jù)2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析（1）列勞斯表勞斯表：特征方程式：原始數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析系統(tǒng)特征方程的全部根都在S左半平面（系統(tǒng)穩(wěn)定）的充分必要條件是勞斯表的第1列系數(shù)全部是正數(shù)。方程在右半平面根的個(gè)數(shù)等于勞斯表中第1列各元改變符號(hào)的次數(shù)。（2）勞斯判據(jù)(三種情況）：注意：a0>0a.勞斯表第一列所有系數(shù)均不為零勞斯判據(jù)給出了系統(tǒng)特征根分布的情況，而并不能給出具體的特征根的值。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-4系統(tǒng)的特征方程為解：列勞斯表勞斯表第一列的系數(shù)變號(hào)兩次，系統(tǒng)不穩(wěn)定，有2右半面的根。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-5系統(tǒng)的特征方程如下,試用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。處理方法：可以用一個(gè)小的正數(shù)代替它，而繼續(xù)計(jì)算其余各元，再用勞斯判據(jù)。解：列勞斯表第一列元素變號(hào)兩次，系統(tǒng)不穩(wěn)定，有兩個(gè)根具有正實(shí)部。b.勞斯表某行的第一項(xiàng)等于零，而本行中其余項(xiàng)不全為零系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)：-1.88320.2071+0.9783i0.2071-0.9783i-0.53102023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-6系統(tǒng)的特征方程如下,判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：列勞斯表第1列各元中的上面和下面的系數(shù)符號(hào)不變，故有一對(duì)虛軸上的根。臨界穩(wěn)定將特征方程式分解，有解得根為勞斯表第一列出現(xiàn)零元素系統(tǒng)一定不穩(wěn)定2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析處理方法：利用全0行的上一行各元構(gòu)造一個(gè)輔助方程，以輔助方程的導(dǎo)函數(shù)的系數(shù)代替勞斯表中的這個(gè)全0行，然后繼續(xù)計(jì)算下去。這些大小相等而關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的根可以通過(guò)求解這個(gè)輔助方程得出。c.勞斯表的某一行所有元全為零這表明方程有一些大小相等且對(duì)稱于原點(diǎn)的根。例如顯然，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析解：列勞斯表用為零行的上一行構(gòu)造輔助方程：例3-7系統(tǒng)的特征方程如下,試用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。勞斯表出現(xiàn)零行系統(tǒng)一定不穩(wěn)定！2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析用導(dǎo)函數(shù)的系數(shù)代替行為零元繼續(xù)算下去，得勞斯表結(jié)論：勞斯表第1列元素沒(méi)變號(hào)，可確定在S右半平面沒(méi)有特征根。但由于有為零行，表示在虛軸上有根。系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)輔助方程求導(dǎo)得：導(dǎo)函數(shù)為系統(tǒng)極點(diǎn)：0.0000+2.0000i

0.0000-2.0000i-1.0000+1.0000i-1.0000-1.0000i

0.0000+1.4142i0.0000-1.4142i2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析對(duì)稱于原點(diǎn)的根還可以由輔助方程式求出。輔助方程式為：由之求得特征方程式虛根為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析4.胡爾維茨判據(jù)系統(tǒng)的特征方程式的標(biāo)準(zhǔn)形式：構(gòu)造胡爾維茨行列式D

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析

胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)：特征方程式的全部根都在左半復(fù)平面的充分必要條件是上述行列式D的各階主子式均大于0，即與勞斯表中第1列的系數(shù)比較，存在如下關(guān)系：若均為正，則D1，D2，…，Dn自然也都為正，反之亦然?？梢?jiàn)勞斯穩(wěn)定判據(jù)和胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)實(shí)質(zhì)是一致的。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)的特點(diǎn)：1、不必計(jì)算可直接寫出D陣．２、只能給出系統(tǒng)穩(wěn)定與否的信息，而不能給出系統(tǒng)特征根分布情況。３、當(dāng)n較大時(shí)，胡爾維茨判據(jù)計(jì)算量急劇增加，所以它通常只用于的系統(tǒng)。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析系統(tǒng)的特征方程式：上式根全部具有負(fù)實(shí)部的必要條件為其根全部具有負(fù)實(shí)部的充分條件為1976年中國(guó)學(xué)者聶義勇進(jìn)一步證明，可將此充分條件放寬為此判據(jù)被稱為謝緒愷判據(jù)。謝緒愷判據(jù)完全避免了除法，且節(jié)省了計(jì)算量。

５.謝緒愷判據(jù)2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析６.參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響應(yīng)用代數(shù)穩(wěn)定判椐可以用來(lái)判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定，還可以方便地用于分析系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而給出使系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)范圍。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-8系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為。式中，Kk為系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)。試求使得系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)Kk的取值范圍。解：系統(tǒng)特征方程為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析列勞斯表，整理得系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：結(jié)論：將各時(shí)間常數(shù)的數(shù)值錯(cuò)開(kāi)，可以允許較大的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)?！e(cuò)開(kāi)原則2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析7.相對(duì)穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕量代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)只能給出絕對(duì)穩(wěn)定性穩(wěn)定還是不穩(wěn)定實(shí)際的系統(tǒng)希望知道距離穩(wěn)定邊界有多少余量相對(duì)穩(wěn)定性或穩(wěn)定裕量的問(wèn)題。

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析利用代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，以代入系統(tǒng)特征方程式，寫出z的多項(xiàng)式，然后用代數(shù)判據(jù)判定z的多項(xiàng)式的根是否都在新的虛軸的左側(cè)。方法：〔S〕〔Z〕2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-9系統(tǒng)特征方程式為

可以看出，第一列中各項(xiàng)符號(hào)沒(méi)有改變，所以沒(méi)有根在S平面的右側(cè)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。勞斯表為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析新的特征方程為列出勞斯表由于第一列元素符號(hào)相同，表明在右半平面沒(méi)有根，但由于z1

行的系數(shù)為零，故有一對(duì)虛軸上的根。這說(shuō)明，新系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，即原系統(tǒng)剛好有的穩(wěn)定裕量。檢查上述系統(tǒng)是否有裕量。將代入原特征方程式，得2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析3.6穩(wěn)態(tài)誤差

什么是穩(wěn)態(tài)誤差？

穩(wěn)態(tài)誤差是描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的性能指標(biāo)。對(duì)于穩(wěn)定的系統(tǒng)，暫態(tài)響應(yīng)隨時(shí)間的推移而衰減，若時(shí)間趨于無(wú)窮時(shí)，系統(tǒng)的輸出量不等于輸入量或輸入量確定的函數(shù)，則系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)控制精度或抗擾動(dòng)能力的一種度量。

給定穩(wěn)態(tài)誤差(由給定輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差)

擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差(由擾動(dòng)輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差)2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析（1）系統(tǒng)的控制目標(biāo)：輸出跟蹤輸入、對(duì)擾動(dòng)具有抗干擾能力。（2）討論系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的前提：系統(tǒng)是穩(wěn)定的。隨動(dòng)系統(tǒng)要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度跟隨輸入量的變化，因而用給定穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)的跟蹤能力。恒值系統(tǒng)需要分析輸出量在擾動(dòng)作用下所受到的影響，因而用擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)的抗干擾能力。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析擾動(dòng)誤差的拉氏變換：擾動(dòng)誤差的傳遞函數(shù)：擾動(dòng)誤差即為擾動(dòng)產(chǎn)生的輸出！1.擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差-12023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析根據(jù)終值定理，擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為：可見(jiàn)擾動(dòng)誤差與有關(guān)。結(jié)論：擾動(dòng)誤差即為擾動(dòng)產(chǎn)生的輸出！2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析當(dāng)給定量時(shí)，以擾動(dòng)量為輸入量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：速度調(diào)節(jié)器試分析擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。例3-10速度負(fù)反饋系統(tǒng)2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析在負(fù)載電流作用下轉(zhuǎn)速誤差的拉氏變換為式中：——系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大系數(shù)。當(dāng)負(fù)載為階躍函數(shù)時(shí)，，則轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差為由于系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下存在穩(wěn)態(tài)誤差，所以稱為有差系統(tǒng)。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析則速度誤差的拉氏變換為將上述調(diào)速系統(tǒng)中的比例調(diào)節(jié)器換成積分調(diào)節(jié)器，構(gòu)成下圖所示系統(tǒng)。式中:結(jié)論：在開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中，串聯(lián)積分環(huán)節(jié)，可以消除階躍擾動(dòng)的穩(wěn)定誤差。

無(wú)差系統(tǒng)2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析2.給定穩(wěn)定誤差和誤差系數(shù)從輸入端定義這個(gè)誤差是可量測(cè)的，容易計(jì)算。但是這個(gè)誤差并不一定反映輸出量的實(shí)際值與期望值之間的偏差。（1）誤差的兩種定義2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析這種誤差定義物理意義清楚，但在實(shí)際系統(tǒng)中有時(shí)無(wú)法測(cè)量(主要指理想輸出)

，且不易計(jì)算。因此只具有數(shù)學(xué)意義。

對(duì)于單位反饋系統(tǒng)，兩種誤差定義是相同的。從輸出端定義非單位反饋系統(tǒng)兩種定義誤差之間的關(guān)系請(qǐng)同學(xué)回去推導(dǎo)該結(jié)論！2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析結(jié)論：系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差由開(kāi)環(huán)傳函和輸入決定。誤差計(jì)算公式：（2）給定誤差的計(jì)算2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析式中：N——開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中串聯(lián)的積分環(huán)節(jié)的階次，或稱系統(tǒng)的無(wú)差階數(shù)。W0S=0時(shí)，W0必為１N=0，0型系統(tǒng)；N=1，Ⅰ型系統(tǒng)；N=2，Ⅱ型系統(tǒng)。注意：N越高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性愈差。一般采用的是0型、Ⅰ型和Ⅱ型系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可以表示為時(shí)間常數(shù)（尾１）形式:2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析（3）典型輸入情況下系統(tǒng)的給定穩(wěn)態(tài)誤差分析穩(wěn)態(tài)誤差為

———位置誤差系數(shù)①單位階躍函數(shù)輸入2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析0型系統(tǒng)，N=0，則位置穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)0型系統(tǒng)的位置穩(wěn)態(tài)誤差為

０型以上系統(tǒng)，Ｎ≥１2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析②單位斜坡函數(shù)輸入

——速度誤差系數(shù)。

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析各型系統(tǒng)在斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析③單位拋物線函數(shù)輸入

——加速度誤差系數(shù)。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析③單位拋物線函數(shù)輸入由此得各型系統(tǒng)在拋物線輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差為

——加速度誤差系數(shù)。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析④誤差系數(shù)與穩(wěn)態(tài)誤差之間的關(guān)系

1(t)t系統(tǒng)

0型00型00

型002023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析step(feedback(tf(1,conv([10],[11])),1))step(feedback(tf(1,[11]),1))step(feedback(tf([21],conv([100],[11])),1))隨著系統(tǒng)積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)的增加，雖然系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小了但超調(diào)變大，穩(wěn)定性變差2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析結(jié)論：為使系統(tǒng)具有較小的穩(wěn)態(tài)誤差，必須根據(jù)不同的輸入選擇不同類型的系統(tǒng)，且選取較大的

值。但考慮穩(wěn)定性問(wèn)題，一般選擇II型或II型以下系統(tǒng)，且也要滿足穩(wěn)定性要求。前面的計(jì)算方法只能根據(jù)終值定理求得穩(wěn)態(tài)誤差值。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析（3）動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)

誤差傳遞函數(shù)為將分子和分母中冪次相同各項(xiàng)合并得本節(jié)方法：即可求出穩(wěn)態(tài)值又可了解系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后誤差隨時(shí)間變化的規(guī)律。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析用長(zhǎng)除法，可把上式寫為如下的s的升冪級(jí)數(shù)

誤差的拉氏變換為式中：k0——?jiǎng)討B(tài)位置誤差系數(shù)；

k1——?jiǎng)討B(tài)速度誤差系數(shù)；

k2——?jiǎng)討B(tài)加速度誤差系數(shù)。

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析方法一、由終值定理求穩(wěn)態(tài)誤差值：取極限求穩(wěn)態(tài)誤差值：方法二、由誤差的時(shí)間函數(shù)求穩(wěn)態(tài)誤差值：2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-11有一單位反饋系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試計(jì)算輸入量為和時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差及誤差時(shí)間函數(shù)。

解：該系統(tǒng)為0型，誤差傳遞函數(shù)為展開(kāi)成s的升冪級(jí)數(shù)（長(zhǎng)除法），得

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析故動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)為⑴當(dāng)給定量為階躍函數(shù)時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差為穩(wěn)態(tài)誤差的時(shí)間函數(shù)為

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析⑵

給定量為單位斜坡函數(shù)時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差的時(shí)間函數(shù)為

穩(wěn)態(tài)誤差值為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-12一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試求輸入量為時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)間函數(shù)和穩(wěn)態(tài)誤差。解系統(tǒng)給定誤差的傳遞函數(shù)為用疊加原理2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析已知給定輸入量為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析小結(jié)１．系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差只有對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)才有意義．２．系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及輸入信號(hào)的特征，大小及作用點(diǎn)有關(guān)．３．開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)以及輸入信號(hào)的幅值只能影響穩(wěn)態(tài)誤差的大小，而不能決定穩(wěn)態(tài)誤差的存在與否．４．系統(tǒng)擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，可用擾動(dòng)引起的輸出來(lái)求．2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析（3）減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法

1t系統(tǒng)

0型00型00

型00隨著積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)增加穩(wěn)態(tài)誤差降低K值增大穩(wěn)態(tài)誤差降低2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析①增大系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)但值不能任意增大，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。②提高開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中的串聯(lián)積分環(huán)節(jié)的階次N

但N值一般不超過(guò)2。③采用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ肱c擾動(dòng)或給定量有關(guān)的補(bǔ)償信號(hào)，來(lái)減小誤差。這種控制稱為復(fù)合控制或前饋控制。

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析閉環(huán)傳遞函數(shù)為復(fù)合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一：引入給定的補(bǔ)償2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析給定誤差的拉氏變換為

選擇補(bǔ)償校正裝置為

系統(tǒng)補(bǔ)償后的誤差閉環(huán)傳遞函數(shù)為

這種將誤差完全補(bǔ)償?shù)淖饔梅Q為完全補(bǔ)償。按給定作用的不變性條件輸出量完全再現(xiàn)輸入量2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析復(fù)合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖二：引入擾動(dòng)的補(bǔ)償系統(tǒng)的擾動(dòng)誤差就是給定量為零時(shí)系統(tǒng)的輸出量2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析如果選取

則得到這種作用是對(duì)外部擾動(dòng)的完全補(bǔ)償。實(shí)際上實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償是很困難的，采取部分補(bǔ)償也可以取得顯著的效果。按擾動(dòng)的不變性條件2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析例3-13一隨動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)償前：2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析當(dāng)時(shí)速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)為

系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為

系統(tǒng)的給定誤差為有差系統(tǒng)2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析為了補(bǔ)償系統(tǒng)的速度誤差，引進(jìn)了給定量的微分信號(hào)，如下圖所示。補(bǔ)償校正裝置的傳遞函數(shù)為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析加入補(bǔ)償后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：復(fù)合控制的給定誤差傳遞函數(shù)為2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析誤差的拉氏變換為輸入量為單位斜坡函數(shù)，系統(tǒng)的給定穩(wěn)態(tài)誤差為:2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析加入補(bǔ)償校正裝置（也稱為前饋控制）使系統(tǒng)的速度穩(wěn)態(tài)誤差為零，此時(shí)其等效開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為注：加入前饋控制后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與未加前饋相同，因?yàn)檫@兩個(gè)系統(tǒng)的特征方程式是相同的。即提高了穩(wěn)態(tài)精度，系統(tǒng)穩(wěn)定性又不變。Ⅰ型系統(tǒng)Ⅱ型系統(tǒng)。

2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析小結(jié)

1、用時(shí)域響應(yīng)來(lái)分析系統(tǒng)的性能的。通常是以系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差等性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。2.、二階系統(tǒng)在欠阻尼時(shí)的響應(yīng)雖有振蕩，但只要阻尼比取值適當(dāng)（如左右），則系統(tǒng)既有響應(yīng)的快速性，又有過(guò)渡過(guò)程的平穩(wěn)性，因而在控制工程中常把二階系統(tǒng)設(shè)計(jì)為欠阻尼。2023年10月17日第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析