深圳大学机：《自动控制原理》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 线性系统的时域分析法（1/2，3.1-3.5）

自动控制原理 深圳大学机电与控制工程学院 自动控制原理课程组

自动控制原理 深圳大学机电与控制工程学院 自动控制原理课程组

第3章线性系統的时域分析法 已知系统结构的基础上,通过对时城信号响应的计 算,分析系统响应输入信号的能力及抗干扰的能力。 直观、准确、提供 系统时间响应的全 部信息 时域分析法 经典控制理论中 根轨迹分析法 系统分析方法 频域分析法 第12、13节始

已知系统结构的基础上，通过对时域信号响应的计 算，分析系统响应输入信号的能力及抗干扰的能力。 第3章 线性系统的时域分析法 直观、准确、提供 系统时间响应的全 部信息 第12、13节始 经典控制理论中 系统分析方法 时域分析法 根轨迹分析法 频域分析法

第3章绕性系统的时域分析法 主要内容 反馈系统的特性及基本分析 反馈系统的特性及基本分析 性能定义 一阶系统性能分析 二阶系统性能分析 高阶系统吸能分析 稳定性分析 稳态误差分析

第3章 线性系统的时域分析法 主要内容 反馈系统的特性及基本分析 反馈系统的特性及基本分析 性能定义 一阶系统性能分析 二阶系统性能分析 高阶系统吸能分析 稳定性分析 稳态误差分析

3.1反馈系統的特性及基本分杬 开环与闭环 控制系统的动态响应 干扰信号 稳态误差 反馈的代价

开环与闭环 控制系统的动态响应 干扰信号 稳态误差 反馈的代价 3.1 反馈系统的特性及基本分析

3.1.1开环与闭环 R(S C( G(S) R(S) C(s G(S) C(S) R(S) 1+G(s)H(s) C(S=G(SR(S) (G(s)H(s)>1 C(S)≈ R(s H(S

G(s) R(s) C(s) G(s) R(s) C(s) H(s) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( ) R s G s H s G s C s + = ( ) ( ) 1 ( ) R s H s C s  G(s)H(s) 1 C s G s R s ( ) ( ) ( ) = 3.1.1 开环与闭环

3.1.2控制系统的瞬态响应 R(S) 控制对象]Cs) R 控制器 1.,§恒电流 G(s) G(S) 2(s) K E G(s) 速度Jb V,(s) Ts+1 t)负载 RJ K 开环速度控制系统 rb+kk rb+ k 在轧钢厂的应用中,滚动惯量非常大,如果改变板材滚 动速度的指令是阶跃指令

控制器 Gc (s) 控制对象 G(s) R(s) C(s) 开环速度控制系统 1 ( ) ( ) ( ) 1 a m s K G s V s T s  = = + 1 , m a m a e m a e m k R J K T R b k k R b k k = = + + 在轧钢厂的应用中，滚动惯量非常大，如果改变板材滚 动速度的指令是阶跃指令 。 3.1.2 控制系统的瞬态响应

3.1.2控制系统的瞬态响应 k、E K KE Va(s) 2(s)=G(s)(s) × TS+1 s 阶跃响应为 O(1)=K1(k2E)1-em) 如果速度的瞬态响应太慢,就只好选择另一种有较小时 问常数Tm的电机。但由于Tm主要取决于负载的惯量J, 所以开环系统改善瞬态响应的余地是很小的

阶跃响应为 如果速度的瞬态响应太慢，就只好选择另一种有较小时 间常数Tm的电机。但由于Tm主要取决于负载的惯量J， 所以开环系统改善瞬态响应的余地是很小的。 2 ( ) a k E V s s = 1 2 ( ) ( ) ( ) 1 a m K k E s G s V s T s s  = =  + ( ) ( )(1 ) / 1 2 t Tm t K k E e −  = − 3.1.2 控制系统的瞬态响应

3.1.2控制系统的瞬态响应 R(s) ()- 放大器(s)电机 速度闭环 K G(s) 速度 V(s) 转速器 控制 K 系统 KK (S) KG(S) KK, 1+KK.K R(s)1+KKG(SS+1+K kY 1+K,KK 阶跃响应为 KK a(t) (k2E)(1-e I+KakkO 1+K KK 观察时间常数的 变化

闭环 速度 控制 系统 1 1 1 1 1 ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( ) 1 1 1 a a a a t a t m a t m a t K K s K G s K K K K K R s K K G s T s K K K T s K K K  + = = = + + + + + 1 1 1 2 1 ( ) ( )(1 ) 1 m a t T t a K K K a t K K t k E e K K K  − + = − + 观察时间常数的 变化 阶跃响应为 3.1.2 控制系统的瞬态响应

3.1.2控制系统的瞬态响应 对于某个应用,如果开环系统时间常数Tm=10,而闭环系统时 可常数为01,就可以使响应的速度提高100倍。 T=10 Kk,K.=100 但要注意,为了使闭环时间常数减小,需增大放大器增益,K 必须相当大,这时电机的电枢电压信号和相应的转矩信号也比 开环运行时要大,所以闭环情况下需要选用一个大功率的电机 以避免电机饱和

对于某个应用，如果开环系统时间常数Tm=10，而闭环系统时 间常数为0.1，就可以使响应的速度提高100倍。 0 5 10 15 20 25 30 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 阶跃响应 时间(s) (sec) ω(t)/Kik2E 开 环 闭 环 1 10 100 m a t T K K K = = 但要注意，为了使闭环时间常数减小，需增大放大器增益, Ka 必须相当大，这时电机的电枢电压信号和相应的转矩信号也比 开环运行时要大，所以闭环情况下需要选用一个大功率的电机 以避免电机饱和。 3.1.2 控制系统的瞬态响应

3.1.3控制系统的千扰信号 轧辊 钢坯 传送带 我们将以轧钢厂的速度控制系统为例,重新讨论一个带有 干扰信号的系统。当钢板通过轧辊机时,将产生巨大的负 载变化或干扰。如图所示,钢板还没有进入轧机时,轧机 无负载;当钢板进入轧机时,轧机的负载将立即达到很大 值。这种负载的变化及影响可以用一个阶跃干扰的转矩信 号来近似

我们将以轧钢厂的速度控制系统为例，重新讨论一个带有 干扰信号的系统。当钢板通过轧辊机时，将产生巨大的负 载变化或干扰。如图所示，钢板还没有进入轧机时，轧机 无负载；当钢板进入轧机时，轧机的负载将立即达到很大 值。这种负载的变化及影响可以用一个阶跃干扰的转矩信 号来近似 。 3.1.3 控制系统的干扰信号