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1、,第1章 自动控制系统的构造方法,本讲主要内容： 第1.2节 恒值控制系统集成设计理论及使用方法 1.2.1 系统的抑制能力 1.2.2 抑制定理与反馈定理,本讲主要内容： 第1.2节 恒值控制系统集成设计理论及使用方法 1.2.1 系统的抑制能力 1.2.2 抑制定理与反馈定理,第1章 自动控制系统的构造方法,第121讲,2019/5/22,3/78,在实际生产过程中经常发生这么一种现象：一台调速器（变频器或直流调速器）驱动一台异步电动机（或直流电机）如右图所示，只要负载不变，转速就能满足生产工艺要求，但是负载一变，转速就发生变化。,2019/5/22,4/78,在实际生产过程中经常发生这么
2、一种现象：一台调速器（变频器或直流调速器）驱动一台异步电动机（或直流电机）如右图所示，只要负载不变，转速就能满足生产工艺要求，但是负载一变，转速就发生变化。,为什么负载发生变化时，电动机的转速就会发生变化？,n=1360rpm,n=1280rpm,n=1470rpm,2019/5/22,5/78,在实际生产过程中经常发生这么一种现象：一台调速器（变频器或直流调速器）驱动一台异步电动机（或直流电机）如右图所示，只要负载不变，转速就能满足生产工艺要求，但是负载一变，转速就发生变化。,为什么负载发生变化时，电动机的转速就会发生变化？,n=1460rpm,2019/5/22,6/78,在实际生产过程中
3、经常发生这么一种现象：一台调速器（变频器或直流调速器）驱动一台异步电动机（或直流电机）如右图所示，只要负载不变，转速就能满足生产工艺要求，但是负载一变，转速就发生变化。,生产工艺要求转速恒定不变， 如何来解决这个问题呢？,为什么负载发生变化时，电动机的转速就会发生变化？,2019/5/22,7/78,变频器控制电路,2019/5/22,8/78,解决的方法增加反馈环节！,2019/5/22,9,解决的方法增加反馈环节！,IdL,Id,Id,n,n,IdL,2019/5/22,10/78,如果一个控制系统的数学模型如下图所示。假设当外界温度发生变化时，能引起a发生变化，要使该系统是一个稳定系统，
4、那么a应该满足的稳定件是： Rea0。,如果令a=0.1，我们用Simulink进行仿真可以观察到实验结果如下图所示。,R(t),C(t),2019/5/22,11/78,如果一个控制系统的数学模型如下图所示。假设当外界温度发生变化时，能引起a发生变化，要使该系统是一个稳定系统，那么a应该满足的稳定件是： Rea0。,如果令a=0.1，我们用Simulink进行仿真可以观察到实验结果如下图所示。,R(t),C(t),2019/5/22,12/78,通过实验证实我们利用自动控制理论判定一个系统是否稳定的结论是正确的。但是，我们发现了这样一个有趣的现象：如果将下图中的一阶惯性环节引入一个负反馈。,
5、然后继续进行控制系统仿真实验。,2019/5/22,13/78,2019/5/22,14/78,由图我们可以看出，控制系统由一个不稳定系统变成了一个稳定控制系统。从自动控制理论角度解释是：如果引一个负反馈，如下图所示，那么a应该满足的稳定件是: Rea1。,显然当外界温度再引起a发生变化时系统的稳定范围扩大了，也就是说提高了系统的抗干扰能力。,开环时：Rea0,其实验结果表明，用引负反馈的方法可以提高系统的稳定能力或抗干扰能力，这是不是一种偶然的巧合呢？,2019/5/22,15/78,由图我们可以看出，控制系统由一个不稳定系统变成了一个稳定控制系统。从自动控制理论角度解释是：如果引一个负反馈
6、，如下图所示，那么a应该满足的稳定件是: Rea1。,显然当外界温度再引起a发生变化时系统的稳定范围扩大了，也就是说提高了系统的抗干扰能力。,开环时：Rea0,其实验结果表明，用引负反馈的方法可以提高系统的稳定能力或抗干扰能力，这是不是一种偶然的巧合呢？,通过自动控制理论和应用实践已经证实，这不是一种偶然的巧合，那么能否作为一种构造、设计自动控制系统的理论或方法呢？,2019/5/22,17/78,第1.2节 恒值控制系统集成设计理论及使用方法,1.2.1 系统的抑制能力 1干扰度 如果系统的输入信号R（s）不发生变化，系统中某元件的传函X（s）由于某种原因发生变化（其变化增量为X），从而引起
7、系统的输出C（s）发生变化（其变化增量为C）。则两个增量之比，在X0时的极限称为干扰度T（s）。其表达式为：,注意：1）在使用中，一般不用定义求干扰度，而是用求偏导的方法求干扰度。,了解内容,2019/5/22,18/78,第1.2节 恒值控制系统集成设计理论及使用方法,1.2.1 系统的抑制能力 1干扰度 如果系统的输入信号R（s）不发生变化，系统中某元件的传函X（s）由于某种原因发生变化（其变化增量为X），从而引起系统的输出C（s）发生变化（其变化增量为C）。则两个增量之比，在X0时的极限称为干扰度T（s）。其表达式为：,注意： 2）在同一个系统中不同的元件发生变化，系统所具有的干扰度不同
8、。 3）T（s）是频率的函数，不同,干扰度也不同。,2019/5/22,19/78,第1.2节 恒值控制系统集成设计理论及使用方法,1.2.1 系统的抑制能力 1干扰度 如果系统的输入信号R（s）不发生变化，系统中某元件的传函X（s）由于某种原因发生变化（其变化增量为X），从而引起系统的输出C（s）发生变化（其变化增量为C）。则两个增量之比，在X0时的极限称为干扰度T（s）。其表达式为：,注意： 2）在同一个系统中不同的元件发生变化，系统所具有的干扰度不同。 3）T（s）是频率的函数，不同,干扰度也不同。,2019/5/22,20/78,1.2.1 系统的抑制能力,2抑制比 在A、B两个稳定性
9、系统中（如图所示），如果两个系统受干扰之前，CA（s）=CB（s）。当两个系统中都有相同的一个元件函数X（s）发生相同的变化时，B、A两个系统所具有的干扰度之比称为B系统相对于A系统的抑制比。,了解内容,2019/5/22,21/78,1.2.1 系统的抑制能力,2抑制比 在A、B两个稳定性系统中（如图所示），如果两个系统受干扰之前，CA（s）=CB（s）。当两个系统中都有相同的一个元件函数X（s）发生相同的变化时，B、A两个系统所具有的干扰度之比称为B系统相对于A系统的抑制比。,2019/5/22,22/78,1.2.1 系统的抑制能力,2抑制比 在A、B两个稳定性系统中（如图所示），如果两
10、个系统受干扰之前，CA（s）=CB（s）。当两个系统中都有相同的一个元件函数X（s）发生相同的变化时，B、A两个系统所具有的干扰度之比称为B系统相对于A系统的抑制比。,式中：TB（s）为B系统对于X（s）所具有的干扰度； TA（s）为A系统对于X（s）所具有的干扰度。 注意: 一般情况下所构造的新系统为B系统。当要求抑制比时，就认为干扰前两个系统的输出相等。,2019/5/22,23/78,1.2.1 系统的抑制能力,3系统的抑制能力 1）当（s）1时，说明B系统对于该元件发生变化与A系统相比有抑制能力。 2）当（s）1时，说明B系统对于该元件发生变化与A系统相比无抑制能力。,2019/5/2
11、2,24/78,1.2.1 系统的抑制能力,3系统的抑制能力 1）当（s）1时，说明B系统对于该元件发生变化与A系统相比有抑制能力。 2）当（s）1时，说明B系统对于该元件发生变化与A系统相比无抑制能力。,2019/5/22,25/78,1.2.1 系统的抑制能力,3系统的抑制能力 注意： 系统的有、无抑制能力都是指当某一个元件函数发生变化时系统所表现出的有、无抑制能力，对于其它元件不一定有抑制能力。 单独一个而没有相比较的系统，不存在有、无抑制能力的概念。只有两个系统相比，并且都是同一个元件函数发生变化，才有系统对某元件有、无抑制能力的问题。 （s）0说明系统的抑制能力越强； （s）1（从左
12、端趋近1）说明系统的抑制能力越弱。,2019/5/22,26/78,1.2.1 系统的抑制能力,3系统的抑制能力 注意： 系统的有、无抑制能力都是指当某一个元件函数发生变化时系统所表现出的有、无抑制能力，对于其它元件不一定有抑制能力。 单独一个而没有相比较的系统，不存在有、无抑制能力的概念。只有两个系统相比，并且都是同一个元件函数发生变化，才有系统对某元件有、无抑制能力的问题。 （s）0说明系统的抑制能力越强； （s）1（从左端趋近1）说明系统的抑制能力越弱。,2019/5/22,27/78,已知A、B是两个稳定性系统如上图所示，如果该系统是小功率控制大功率系统，试求： 1）当(1in-1)G
13、i（s）发生变化时，B系统相对于A系统是否有抑制能力？ 2）当F1（s）、F2（s）和Gn（s）发生变化时，B系统相对于A系统是否有 抑制能力？,例1-16,？,2019/5/22,28/78,例1-16:,已知A、B是两个稳定性系统如上图所示，如果该系统是小功率控制大功率系统，试求： 1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时，B系统相对于A系统是否有抑制能力？ 2）当F1（s）、F2（s）和Gn（s）发生变化时，B系统相对于A系统是否有 抑制能力？,例1-16,例1-16,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,例1-16,2019/5
14、/22,31/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,2019/5/22,32/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,2019/5/22,33/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,2019/5/22,34/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,2019/5/22,35/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,2019/5/22,36/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,2019/5/22,37/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,2019/5/22,38/78,解：1）当(1in-
15、1)Gi（s）发生变化时：,由抑制比定义可得：,2019/5/22,39/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,由抑制比定义可得：,2019/5/22,40/78,解：1）当(1in-1)Gi（s）发生变化时：,其中考虑了如下因素：,说明：只要1in，当Gi（s）发生变化时，B系统相对于A系统有抑制能力。,(小功率控制大功率系统),2019/5/22,41/78,说明： 只要1in，当Gi（s）发生变化时，B系统相对于A系统有抑制能力。,2019/5/22,42/78,解：,2)当F1（s）或F2（s）发生变化时。,考虑到：,由抑制比定义可得：,说明当F1（s）发生变化时，B系
16、统相对于A系统无抑制能力。,2019/5/22,43/78,例1-16:,同理可证：当F2（s）发生变化时，B系统相对于A系统也无抑制能力。 最后我们观察一下： 当Gn（s）发生变化时，也就是反馈系数变化时的情况,2019/5/22,44/78,例1-16:,同理可证：当F2（s）发生变化时，B系统相对于A系统也无抑制能力。 最后我们观察一下： 当Gn（s）发生变化时，也就是反馈系数变化时的情况,2019/5/22,45/78,2019/5/22,46/78,2019/5/22,47/78,考虑到：,由抑制比定义可得：,2019/5/22,48/78,考虑到：,由抑制比定义可得：,2019/5/22,49/78,由抑制比定义可得：,说明当Gn（s）发生变化时，B系统相对于A系统也无抑制能力。,2019/5/22,5
