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1、控制系统的静态、动态特性,静态:在自动控制化领域中,把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态。 一个稳定系统在阶跃输入量的作用下,经历过渡过程进入静态后,静态下输出量的要求值和实际值之间的误差。我认为:这个稳态误差量就是控制系统的静态特性指标!(下面几张介绍的方法有点难,我个人意见可以直接结合图求出误差就行!) 动态:在自动控制化领域中,把被控变量随时间变化而变化的不平衡状态称为系统的动态。 在某一时刻t,有一干扰作用于对象,于是系统的输出随时间变化而变化,因此系统即进入动态过程(过渡过程)。在此过程中,被控变量的变化规律即是控制系统的动态特性(我认为)。 在阶跃干扰下、衰减震荡过渡过
2、程中,过渡过程指标主要包括:最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间等。因此结合图求出这些指标就行详细可参见课本:P11第四节、P13控制系统的品质指标,稳态误差,一个稳定系统在输入量或扰动的作用下,经历过渡过程进入静态后,静态下输出量的要求值和实际值之间的误差。记为,G(s),k,-,r(t),y(t),e(t),为计算稳态误差,应用Laplace终值定理,即,当输入信号为以下三种典型信号之一时,稳态误差为单位阶跃函数:单位斜坡函数:单位加速度函数:,开环系统的误差为,对单位阶跃输入,开环系统的稳态误差为对k=1的闭环系统,其稳态误差为G(0)常称为系统的直流增益,一般远大于1。,反馈能减小
3、稳态误差!,考虑对象G(s)的参数变化对输出的影响,设此时对象为G(s)+G(s),在开环条件下输出的变化为,而对闭环系统则有输出的变化为通常,又由于(1+GK(s)在所关心的复频率范围内常称是远大于1的,因而闭环系统输出的变化减小了。,反馈能减小对象G(s)的参数变化对输出的影响!,动态性能指标,上升时间:响应曲线首次从静态值的10过渡到90所需的时间,记 为tr;峰值时间:响应曲线第一次达到峰值点的时间,记为tp。 系统动态特性可归结为: 1、响应的快速性,由上升时间和峰值时间表示; 2、对所期望响应的逼近性,由超调量和调节时间表示。 由于这些性能指标常常彼此矛盾,因此必须加以折衷处理。,
4、观察系统开环响应,确定待改进之处; 加入比例环节缩短系统响应时间;(动态性能) 加入积分控制减小系统的稳态误差;(静态性能) 加入微分环节改善系统的超调量; (动态性能) 调节 KP,KI,KD ,使系统的响应达到最优。,PID控制器设计的一般原则,PID控制器,PID控制器也叫三项控制器,它包括一个比例项,一个积分项和一个微分项,其传递函数为KP,KI,KD分别为比例增益、积分增益和微分增益。如果令KD=0,就得到比例积分控制器(PI):而当KI=0时,则得到比例微分控制器(PD):,增大比例增益KP一般将加快系统的响应,并有利于减小 稳态误差,但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调,并产生振荡,使稳定性变坏。 增大积分增益KI有利于减小超调,减小稳态误差,但是系 统稳态误差消除时间变长。 增大微分增益KD有利于加快系统的响应速度,使系统超 调量减小,稳定性增加,但系统对扰动的抑制能力减弱。,PID控制器各项的作用,反馈的优点,减小系统的稳态误差; 减小对象G(s)的参数变化对输出的影响; 使系统的瞬态响应易于调节; 抑制干扰和噪声。,反馈的代价,增加了元器件的数量和系统的复杂性; 增益的损失; 有可能带来不稳定性。,