自動控制原理 第2版 課件 第三章(寬屏)2022-4

主講人：?？×?.6控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差自動控制原理

問題1：生產(chǎn)線上的機械臂如何實現(xiàn)精準定位？穩(wěn)態(tài)誤差表示控制系統(tǒng)對某種典型輸入信號響應跟蹤的準確程度?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小說明系統(tǒng)的控制精度越高。新課導入：高精度自動控制技術(shù)的重要作用強國戰(zhàn)略《中國制造2025》的核心是實現(xiàn)制造業(yè)智能升級自動控制原理?？×中抡n導入：高精度自動控制技術(shù)的重要作用問題2：驅(qū)動皮帶機的多個電機如何保持一致的速度？實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的智能化開采是我們的責任自動控制原理?？×炙欧姍C的速度閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器新課導入：工程案例分析廣義被控對象自動控制原理常俊林如何計算出該誤差？本節(jié)學習目標掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的分析方法結(jié)合工程案例設計滿足要求的控制器學會辯證地看待問題和解決問題的思維方法自動控制原理?？×?.非單位反饋系統(tǒng)，其前向通道傳遞函數(shù)為G(s)，反饋通道傳遞函數(shù)為H(s)，則輸入端定義的誤差E(s)與輸出端定義的誤差E'(s)之間有以下關系A.E(s)=H(s)E'(s)B.E'(s)=H(s)E(s)C.E(s)=G(s)H(s)E'(s)D.E'(s)=G(s)H(s)E(s)慕課堂小測驗（單選題）討論：輸入端誤差與輸出端誤差的本質(zhì)區(qū)別自動控制原理?？×珠_環(huán)傳遞函數(shù)的特點開環(huán)傳遞函數(shù)在s0時僅需考慮開環(huán)增益和積分環(huán)節(jié)的數(shù)目自動控制原理?？×侄⒎€(wěn)態(tài)誤差的數(shù)學表達穩(wěn)態(tài)誤差：結(jié)論：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差取決于輸入信號形式（階躍、速度、加速度）和開環(huán)傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)（積分環(huán)節(jié)、開環(huán)增益）將系統(tǒng)按照跟蹤不同輸入信號的能力進行分類研究二、穩(wěn)態(tài)誤差的數(shù)學表達為什么不考慮輸入為脈沖和正余弦信號的情況？自動控制原理常俊林1.穩(wěn)態(tài)誤差的理論推導（從輸入端定義）三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)位置誤差：穩(wěn)態(tài)位置誤差系數(shù)：自動控制原理?？×址€(wěn)態(tài)速度誤差：三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)：自動控制原理?？×址€(wěn)態(tài)加速度誤差：三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù)：自動控制原理?？×秩⒉煌斎胄盘栂碌姆€(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)：穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù)：列表對比KpKvKa0型I型II型自動控制原理?？×址€(wěn)態(tài)位置誤差系數(shù)：

00Ⅱ型∞0Ⅰ型∞∞0型K誤差系數(shù)系統(tǒng)型別穩(wěn)態(tài)位置誤差系數(shù)

Kp穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)

Kv穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù)

KaKK穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)表三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差自動控制原理?？×秩?、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差列表對比穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差KpKvKa階躍(R)速度(V)加速度(A)0型K00I型∞K0II型∞∞K自動控制原理常俊林

00Ⅱ型∞0Ⅰ型∞∞0型

輸入型別KR+1KVKA階躍輸入速度輸入加速度輸入

穩(wěn)態(tài)誤差表（從輸入端定義）三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差討論：從表格中可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？自動控制原理?？×纸Y(jié)論：0型和I型系統(tǒng)都不能跟蹤加速度信號；II型系統(tǒng)能跟蹤加速度信號，但是有靜差；在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，如果開環(huán)傳遞函數(shù)中的積分單元數(shù)目愈多，則愈可以提高系統(tǒng)的無靜差度；就同一系統(tǒng)而言，輸入信號變化愈劇烈，穩(wěn)態(tài)誤差愈大。三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差自動控制原理常俊林同國家發(fā)展一樣，社會穩(wěn)定是國家經(jīng)濟社會發(fā)展的必要前提。

0型系統(tǒng)沒有跟蹤斜坡信號的能力0型系統(tǒng)三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差自動控制原理?？×?.穩(wěn)態(tài)誤差的仿真分析—以速度輸入為例I型系統(tǒng)三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差

I型系統(tǒng)有跟蹤斜坡信號的能力，但是有穩(wěn)態(tài)誤差。

穩(wěn)態(tài)誤差隨著開環(huán)增益的增加而減小自動控制原理常俊林討論：在電機調(diào)速系統(tǒng)中，輸入的給定信號是這里的速度信號嗎？閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定II型系統(tǒng)先判斷穩(wěn)定性三、不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差自動控制原理?？×珠_環(huán)傳遞函數(shù)為的單位反饋控制系統(tǒng)，在輸入信號

作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為：A.0.1B.0.05C.0.2D.∞慕課堂小測驗(單選題)自動控制原理?？×滞卣褂懻摚阂敕e分控制后動態(tài)性能如何變化？廣義被控對象控制器討論：積分控制對控制系統(tǒng)會有什么影響？自動控制原理?？×謴V義被控對象拓展討論：引入積分控制后動態(tài)性能如何變化？控制器自動控制原理常俊林廣義被控對象控制器拓展思考：引入積分控制后動態(tài)性能如何變化？自動控制原理?？×謴娜殖霭l(fā)考慮問題已知單位負反饋的伺服控制系統(tǒng)被控對象傳遞函數(shù)為

，試設計一串聯(lián)PID控制器，使系統(tǒng)的動態(tài)響應滿足調(diào)節(jié)時間ts=1.5s(誤差帶5%)，ζ=0.707，且輸入為速度信號時穩(wěn)態(tài)誤差為0。進階挑戰(zhàn)：PID控制器設計自動控制原理?？×执?lián)PID控制器后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞變?yōu)槿∵M階挑戰(zhàn)：PID控制器設計自動控制原理?？×钟懻摚喝绾卧O計控制器使控制系統(tǒng)滿足動態(tài)性能要求？串聯(lián)PID控制器后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞變?yōu)槿∵M階挑戰(zhàn)：PID控制器設計自動控制原理常俊林討論：你從這個設計中受到了什么啟發(fā)？進階挑戰(zhàn)：PID控制器設計自動控制原理常俊林總結(jié)：抓住主要矛盾，逆向思維解決問題28某控制系統(tǒng)的方框圖如圖所示，欲保證阻尼比和響應單位斜坡函數(shù)的穩(wěn)態(tài)誤差，試確定系統(tǒng)參數(shù)鞏固練習自動控制原理?？×?9擾動產(chǎn)生的誤差：時輸出對擾動的傳遞函數(shù)五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差30誤差對擾動的傳遞函數(shù)五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差31

——

擾動穩(wěn)態(tài)誤差當擾動為階躍函數(shù)，即時，則擾動穩(wěn)態(tài)誤差為通常五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差32如果在中包含有積分環(huán)節(jié)，則階躍擾動穩(wěn)態(tài)誤差為零。在擾動作用點以前的環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)則由一定擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差越小;越大，

表明對穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在擾動作用點之前引入積分或加大環(huán)節(jié)增益，均能有效的減小或消除擾動穩(wěn)態(tài)誤差。但需要注意的是，這些措施也均會造成系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，甚至導致系統(tǒng)難以穩(wěn)定。

五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差33例

如下系統(tǒng)，求r(t)=t及n(t)=-1(t)時的ess解：先判斷穩(wěn)定性閉環(huán)特征方程：五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差34(1)控制信號r(t)作用下（令n(t)=0）五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差35解：(1)控制信號r(t)=t作用下（令n(t)=0）或：先說明該系統(tǒng)為I型系統(tǒng)并求出五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差36(2)

擾動信號n(t)作用下（令r(t)=0）系統(tǒng)總誤差：五、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差37例3-14

系統(tǒng)方框圖如下

若要求時，問是否可以選到合適的K1?解：依題意

由此解