第三章简单控制系统的整定要点分析.pptVIP

第三章 简单控制系统的整定§3-1 控制系统整定的基本要求 简单控制系统是由广义对象和调节器构成的，其控制质量的决定性因素是被控对象的动态特性与此相比其它都是次要的。当系统安装好以后，系统能否在最佳状态下工作，主要取决于调节器各参数的设置是否得当。 过程控制通常都是选用工业成批生产的不同类型的调节器，这些调节器都是有一个或几个整定参数和调整这些参数的相应机构（如旋钮、开关等）。系统整定的实质，就是通过整定调节器的这些参数使其特性与被控对象特性相匹配，以达到最佳的控制效果。 1.单项性能指标 衰减率（衰减比）、最大动态偏差、调节时间（又称回复时间）或振荡周期。在各种单项性能指标中，应用最广的是衰减率ψ。0.75的衰减率（即1/4衰减比）是对偏差和调节时间的一个合理的折衷。 2.误差积分性能指标 误差积分指标往往与其它指标并用，很少作为系统整定的单一指标。在规定的衰减率下使选定的某一误差积分指标最小。 3.系统的整定方法很多，但可归纳为两大类。一类是理论计算整定法，如根轨迹法、频率特性法。另一类称为工程整定法。 §3-2衰减频率特性法 衰减频率特性法就是通过改变系统的整定参数使控制系统的普通开环频率特性变成具有规定相对稳定度的衰减频率特性，从而使闭环系统响应满足规定衰减率的一种系统整定方法。 一、衰减频率特性和稳定度判据 1. 标准二阶振荡系统(用图3.2) 有一对共轭复根 ，其中α和ω分别称为特征方程根的实部和虚部。 其衰减率为 ，式中m=α/ ω称为系统的相对稳定度，它是特征方程根的实部与虚部之比值。 2.高阶系统 其中主导复根所对应的振荡分量衰减最慢，因此高阶系统响应的衰减率由它决定。 3. 开环衰减频率特性 (图3.3) 设 是AOB折线上一点, m与规定的衰减率Ψs相对应, 如m=0.221则Ψs =0.75。代入开环传递函数WO(s)表为WO(m, jω), 称其为开环衰减频率特性; 令ω从-∞到+∞变化, 即s 沿AOB运动, 复数WO(m, jω)矢端画出一轨线称开环衰减频率特性曲线. 4.稳定度判据： 设系统开环传递函数WO(s)在复平面AOB折线右侧有p个极点, 又假设当ω从-∞到+∞变化时系统开环衰减频率特性WO(m, jω）轨线逆时针包围(-1, j0)点的次数为N。如果N=p，则闭环系统衰减率满足规定要求，即ΨΨs. 过程控制系统开环传递函数WO(s)的极点常在复平面负实轴上，即p=0, 此时闭环系统满足规定衰减率Ψs的条件是：N=0。也就是说，系统开环衰减频率特性轨线不包围(-1，j0)点，则闭环系统衰减率高于规定值.当WO(m, jω）轨线通过(-1, j0)点时，闭环系统衰减率正好等于规定值Ψs。当WO(m, jω）轨线顺时针包围(-1, j0)点时，闭环系统具有低于规定值Ψs的衰减率。 例3-1. 求单容对象积分控制系统开环衰减频率特性WO(m, jω)。已知开环传递函数为 式中K=10, T=180, So=2. 作得其轨迹如图所示 该衰减频率特性WO(m,jω）如图3.4(a)。3条特性曲线分别对应m的3个不同数值，其中m1＝0对应的特性曲线就是开环频率特性。在图3.4(b)中给出双容对象比例控制系统3个不同m值对应的衰减频率特性曲线。 二、衰减频率特性法整定调节器参数 由调节器和广义对象组成的过程控制系统，其绝大多数开环传递函数Wo(s)的极点都落在负实轴上。根据稳定度判据，要使系统响应具有规定的衰减率Ψs (相对稳定度ms)，只需选择调节器参数，令其开环衰减频率特性WO(m,jω）轨线通过(-1, j0)点。 1.单参数调节器的整定 1).比例调节器 ω s可看作闭环系统调节过程的衰减振荡频率；ms为系统衰减最慢的振荡分量的相对稳定度。 2).积分调节器(积分速度S0) 用衰减频率特性整定比例调节器参数，要求Ψs＝0.75（ms＝0.221) 例3.2. Gp(s)=e-τs纯延迟环节，其衰减频率特性 2.双参数调节器的整定 比例积分调节器相对稳定度ms的衰减率特性为 例3-3. 用衰减频率特性法整定比例积分调节器,规定稳定度为ms。假设被控对象为纯延迟的一阶惯性环节。 §3-3工程整定法 一、动态特性参数法 这是一种以被控