前面介紹了利用根軌跡法和頻率特性法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正。事實(shí)上,如果已知系統(tǒng)的模型或傳遞函數(shù),通過引入某種控制器,使得閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)可以移動(dòng)到指定的位置,從而使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到改善。這種方法稱為極點(diǎn)配置法。 例6-12 有一控制系統(tǒng)如圖6-38,其中,要求設(shè)計(jì)一個(gè)控制器,使系統(tǒng)穩(wěn)定。
解:(1)校正前,閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn): > 0 因而控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (2)在控制對(duì)象前串聯(lián)一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié) , c>0,則閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn): 顯然,當(dāng) , 時(shí),系統(tǒng)可以穩(wěn)定。但此對(duì)參數(shù) c 的選擇依賴于 a 、 b 。因而,可選擇控制器 , c 、 d ,則有特征方程: 當(dāng) , 時(shí),系統(tǒng)穩(wěn)定。 本例由于原開環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定,因而不能通過簡(jiǎn)單的零極點(diǎn)相消方式進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì),其原因在于控制器的參數(shù)在具體實(shí)現(xiàn)中無法那么準(zhǔn)確,從而可能導(dǎo)致校正后的系統(tǒng)仍不穩(wěn)定。
例6-13 已知一單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù): 要求設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置Gc(s) ,使校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系統(tǒng) ,閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)在 處。 解:首先,通過校正前系統(tǒng)的根軌跡可以發(fā)現(xiàn),如圖6-39所示,其主導(dǎo)極點(diǎn)為: 。 為使主導(dǎo)極點(diǎn)向左偏移,宜采用超前校正裝置。 (2)令超前校正裝置 ,可采用待定系數(shù)法確定相關(guān)參數(shù): 又 其中 、 、 、 為待定系數(shù)。 進(jìn)一步可得: 即 將 代入式子可以得到: , , , 。進(jìn)一步可得超前校正裝置的傳遞函數(shù): 校正后系統(tǒng)的根軌跡如圖6-39所示。 該校正裝置與例6-7中由超前裝置獲取的校正裝置結(jié)果基本相同,說明結(jié)果是正確的。
在matlab中,亦有相應(yīng)的命令可進(jìn)行極點(diǎn)配置,主要有三個(gè)算法可實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置算法:Bass-Gura算法、Ackermann算法和魯棒極點(diǎn)配置算法。這些算法均以狀態(tài)空間進(jìn)行表征,通過設(shè)定期望極點(diǎn)位置,獲取狀態(tài)反饋矩陣K。下面通過示例介紹其中的一種算法。 例6-14 考慮給定的系統(tǒng),其狀態(tài)方程模型如下: , 期望的閉環(huán)系統(tǒng)配置在 , , ,試設(shè)計(jì)其控制器。 解:可以使用下面的MATLAB語句來實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的配置: A=[0,1,0,0;0,0,-1,0;0,0,0,1;0,0,11,0]; B=[0;1;0;-1]; eig(A)' ans = 0 0
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