第三章 反馈控制系统的特性VIP专享VIP免费

第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT第三章反馈控制系统的特性FeedbackControlSystemCharacteristics本章主要内容本章主要内容反馈控制系统误差信号分析控制系统对参数变化的灵敏度反馈系统中的干扰和噪声稳态误差计算机仿真分析工程应用本章目标深刻认识误差在系统分析中的重要地位充分理解反馈对消除干扰、噪声和参数变化对系统影响的作用理解系统对动态响应和静态响应控制的区别明白反馈的作用和代价参阅教材第4章P151--179第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT3.1反馈控制系统工程应用中的两大类自动控制系统：起停控制和连续调节。自动控制系统通常指自动调节系统。反馈是自动控制系统的命脉。自动调节系统：开环和闭环系统开环系统不带有反馈，输入信号直接产生输出响应。第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT闭环控制系统闭环控制系统的优点：有效减小系统对过程参数变化的灵敏度。有效克服扰动对系统的影响。降低测量噪声的影响。易于控制和调节系统的动态响应。几个名词术语：扰动（disturbance）测量噪声(measurementnoise)参数变化（variationofparameters）稳态误差(steady-stateerror)动态响应（transientresponse）第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT3.2误差信号分析一、误差信号定义)()()(sYsRsE也称为跟踪误差（trackingerror）假定H(s)=1，单位反馈。则E(s)=Ea(s)，由框图可得误差为：)()()(1)()()()()(1)()()()(11)(sNsGsGsGsGsTsGsGsGsRsGsGsEccdcc自动控制系统的目的就是：使误差尽可能的小，最好为0。自动控制系统调节的源泉就是来自于误差。闭环系统有3个输入，1个输出第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT为了讨论方便，定义几个函数。二、减小误差的途径与存在的问题)(1)()()(11)(1)()(1)()()()(sLsLsCsLsFsSsLsFsGsGsLc)()()()()()()()()()(1)()()(1)()()(11)(sNsCsTsGsSsRsSsEsNsLsLsTsLsGsRsLsEdd回路增益（loopgain），开环增益系统特征式灵敏度函数灵敏度补偿函数)()()(1)()()()()(1)()()()(11)(sNsGsGsGsGsTsGsGsGsRsGsGsEccdcc讨论：G(s)不变的情况下为了减小误差，C(s)和S(s)都要小，二者中都有Gc(s)。所以控制工程师的任务就是设计选择合适的Gc(s)。C(s)+S(s)=1，两者不可能同时小，必须折中。具体讲，要有效消除扰动的影响，需要大的开环增益L(s)或者大的控制器增益Gc(s)；要有效消除噪声影响，必须有小的开环增益或者小的控制器增益。出现矛盾！解决的方法：低频时Gc(s)高增益，高频时Gc(s)低增益。所以控制器大多情况下为低通放大器。但过高的增益会造成系统激烈振荡甚至不稳定。第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT3.3控制系统对参数变化的灵敏度在控制系统中，被控对象的特性由G(s)描述。如果对象特性发生变化，必然引起G(s)中相关参数的变化。工程上对象特性的变化是不可避免的。环境的变化，时间的推移，参数的不确定性等。控制系统重要要求之一就是对这种变化不敏感。一、反馈控制可以有效降低参数变化灵敏性开环系统)()()()()(),()()(sRsGsYsGsGsRsGsY开环系统)()]()(1[)()())()(1))(()()()(1()()()()()(1)()(2sRsHsGsGsRsHsGsHsGsHsGsGsYsRsHsGsGsY称为系统的鲁棒性（Robustness）第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT二、系统灵敏度定义系统灵敏度定义为系统传递函数的变化率与对象传递函数（或参数）的变化率之比。GTGGTTSlnln显然，对开环系统S=1。闭环系统灵敏度为：)()(11)1(]1[1)()(1)()(2sHsGGHGGGHTGGTSsHsGsGsTTG关于系统灵敏度和鲁棒性的深入讨论见教材第12章。第三章反馈控制系统的特性CollegeofAutomaticControlEngineeringCUIT3.4控制系统对瞬态响应的控制瞬态响应（transientresponse）是系统以时间为...