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第14讲 反馈控制系统设计10
《控制工程基础》Basis of Control Engineering ;第八章 反馈控制系统设计(根轨迹法);8.8 控制系统设计思路;8.8 控制系统设计思路;8.8 控制系统设计思路;应用根轨迹法控制器设计思路;应用根轨迹法控制器设计思路;8.8 控制系统设计思路;8.8 控制系统设计思路;8.9 串联校正网络(根轨迹观点);8.9串联校正网络(根轨迹观点);8.9 串联校正网络(根轨迹观点);8.9 串联校正网络(根轨迹观点);8.9 串联校正网络(根轨迹观点);8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10用根轨迹方法设计超前校正网络;用根轨迹法设计超前校正网络思路;用根轨迹法设计超前校正网络思路;用根轨迹法设计超前校正网络思路;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;阻尼系数与超调量之间的关系;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10用根轨迹方法设计超前校正网络;;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;一、超前相角校正网络(根轨迹观点):;Y(s); 二、 设计步骤
(1)根据系统性能指标,导出主导极点的 预期位置;
(2)绘制未校正系统的根轨迹,验证未校 正系统能否具有预期主导极点;
(3)如果需要校正原有系统,先将超前校 正网络的零点直接配置在预期主导极点的下方(或配置在前 2 个开环实极点的左侧旁)。; (4)由根轨迹的相角条件可知,为了使校正后的根轨迹通过预期主导极点,在预期主导极点处,从开环零、极点出发的各个向量的相角和应为180+k360,据此可以确定超前校正网络的极点;
(5)确定系统的总增益,计算系统的稳态误差系数;
(6)若稳态误差系数不能满足指标要求,则重复上述过程。;根轨迹方法设计超前校正网络流程图;三、用根轨迹设计超前校正网络
例9.5 Ⅱ型系统的超前校正网络设计。设计要求:闭环系统调节时间Ts?4s,超调量?35%; 解:(1) 校正后为3阶系统。首先由闭环性能指标确定闭环系统期望的主导极点位置:
调节时间约束为:
超调量约束为:P.O?35%,意味着:主导极点实部、虚部比例约为1:3
所以闭环期望主导极点位置为:;; (2) sd应该满足校正后的根轨迹方程
一般把零点z放在主导极点的
正下方,即z=1,且有:;(3) 根轨迹的相角方程为;(4) 由幅值方程求取对应的K值
(5)完整的控制器为:
(6)校正后的根轨迹为:; (7)求取闭环系统第3个极点。闭环特征方程为:
比较s2的系数有;(8)完整的闭环传递函数为
显然第3个闭环极点、零点离闭环主导极点太近。需要引入前置滤波器F(s),消除第3个闭环极点和零点的影响:;(9)完整的控制系统结构为
相当于;例8.6 用根轨迹法设计例8.4所需的超前校正网络。设计要求:相角裕度不小于45?,系统的斜坡响应误差小于5%。;解:(1),校正后为3阶系统。首先由闭环系统性能指标,确定闭环主导极点位置sd。
设计要求:阻尼系数?=0.45,意味着sd实部虚部比例为1:2
应用根轨迹设计控制器,放大系数K到最后才能确定。也就是说,到最后才能验算系统的斜坡响应误差。而系统的斜坡响应误差小于5%,意味着K必须大于等于40才能满足要求,即:;(2)先猜测一个主导极点
来开始控制器设计。如果最后得到的K大于等于40,则设计完成,否则重新猜测 ,再进行设计。
(3)引入超前校正控制器
则校正后的根轨迹方程为;(4)主导极点 应在校正后的根轨迹上,也就是必须满足根轨迹方程:
(5)画出校正系统的零、极点图
(6)相角方程为:;(8)把零点z直接放在主导极点 之下:
(9)由相角方程,推出
取正切,有; 故有:
(10)对应的K值为:
满足了稳态误差的要求。
(11)画出根轨迹为
(12)计算闭环第3个极点。
比较s2项系数,有;(13)完整的超前校正网络为
(14)完整的闭环传递函数为
显然第3个闭环极点、零点离闭环主导极点太近。需要引入前置滤波器F(s),消除第3个闭环极点和零点的影响:
;(15)完整的控制系统结构为
相当于;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.10 用根轨迹方法设计超前校正网络;8.11 利用积分
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