PDF《DDC》

DDC 第1章 计算机常规控制技术 1.

4 数字PID控制系统的设计√ 1.1 数字PID控制算法 1.2 数字PID控制算法的改进 1.3 数字PID控制器的工程实现 1.5 数字PID控制参数的整定 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1.4 数字PID控制系统的设计 1.4.0 控制系统分析 1.4.1 简单控制系统 单回路控制 1.4.2 复杂控制系统 1. 串级控制系统 2. 前馈控制系统 3. 比值控制系统 4. 选择性控制系统 5. 分程控制系统 6. 纯迟延补偿控制系统 7. 解耦控制系统 第1章 计算机常规控制技术 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1.4 数字PID控制系统的设计 核心: PID控制块 目的: 以PID控制块为核心 构成各类常规控制系统, 例如,单回路控制系统 串级控制系统,前馈控制系统, 比值控制系统,选择性控制系统, 分程控制系统,纯迟延补偿控制系统, 解耦控制系统, … … 第1章 计算机常规控制技术 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1.4 数字PID控制系统的设计 方法: 了解被控对象 明确控制要求 选择功能模块 组成控制回路 第1章 计算机常规控制技术 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 内容: 1.简单控制系统 2.复杂控制系统 3.数字PID控制参数的整定 1.4 数字PID控制系统的设计 1.4.0 控制系统分析√ 1.4.1 简单控制系统 1.4.2 复杂控制系统 第1章 计算机常规控制技术 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1.4.0 控制系统分析 1.4 数字PID控制系统的设计 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1. 被控对象分析 2. 控制指标分析 1.4.0 控制系统分析 1.4 数字PID控制系统的设计 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1. 被控对象分析√ 2. 控制指标分析 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1. 被控对象分析 ⑴ 一阶对象 ) (

1 1

1 1 s x s T K y ? ? 其中,K1为增益, T1为时间常数, s为拉普拉斯算子. x为输入, y为输出. 其阶跃输入输出 特性如图所示. 一阶惯性阶跃响应 t1 t O y t2 x1 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1. 被控对象分析 ⑵ 纯迟延一阶对象 ) (

1 1

1 1 s x s T e K y s ? ? ?? 其中,K1为增益, T1为时间常数, τ为纯迟延时间, s为拉普拉斯算子. x为输入, y为输出. 其阶跃输入输出 特性如图所示. 纯迟延一阶惯性阶跃响应 t1 t O y t2 x1 τ τ 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1. 被控对象分析 ⑶ 纯迟延二阶对象 ) ( )

1 )(

1 (

1 2

1 1 s x s T s T e K y s ? ? ? ?? ) (

1 2

1 2

2 1 s x Ts s T e K y s ? ? ? ? ? ?

1 0 ? ? ? 阶跃响应曲线 h(t)

0 t h(∞) 0.9h(∞) 0.5h(∞) 0.1h(∞) td h(tp ) 稳态误差 t→∞ 其中,K1为增益, T

1、T2 、T为时间常数, τ为纯迟延时间, s为拉普拉斯算子. x为输入, y为输出. 其阶跃输入输出特性如图所示. 二阶非振荡对象 有自平衡二阶非振荡对象 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1. 被控对象分析 ⑷ 无自平衡非振荡对象 ) ( )

1 (

1 s x Ts s Ke y s ? ? ?? ) (

1 s x Ts Ke y s ? ? ? x1 阶跃响应曲线 y t 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1.4.0 控制系统分析 1.4 数字PID控制系统的设计 1. 被控对象分析 2. 控制指标分析√ 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 2. 控制指标分析 ⑴ 时域性能指标 ⑵ 频域性能指标 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 2. 控制指标分析 ⑴ 时域性能指标√ ⑵ 频域性能指标 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 2. 控制指标分析 ⑴ 时域性能指标 线性系统稳定的 充分必要条件: 闭环系统特征方程的 所有根均具有负实部, 或者说,闭环传递函数的 极点均位于s左半平面. 劳思稳定判据 动态性能指标 1.4.0 控制系统分析 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 2. 控制指标分析 控制系统的稳定性条件 标准的闭环二阶系统 )

2 s(s

2 n n ?? ? ? + - ) (s R ) (s E ) (s Y 闭环二阶系统传递函数 ? ?

2 ) ( ) (

2 2

2 n n n s s s R s Y s ? ?? ? ? ? ? ? ? 闭环二阶系统的特征根(极点)

1 2

2 ,

1 ? ? ? ? ? ? ?? n n s d j s ? ? ? ? ?

2 ,

1 或 闭环二阶系统的特征方程

0 2 s

2 2 ? ? ? n n s ? ?? 自然频率ωn 阻尼比ζ 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 2. 控制指标分析 控制系统的稳定性条件 闭环二阶系统的极点分布 ?a?????????? j ? ? ?

1 n ? ? ? ?

1 n * *s2 s1 不稳定 共轭复数极点 ?b???????? j * * s2 s1 不稳定 不等实数极点 j ?d??????? * *s2 s1 无阻尼 等幅振荡 一对纯虚极点 临界稳定 ?c????????? j ? ? ?

1 n ? ? ? ?

1 n * * s2 s1 稳定 欠阻尼 衰减振荡 共轭复数极点

8 .

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0 ? ? 取j?e??????? * s2 s1= 临界阻尼 2个重实数极点 稳定 单调上升 j ?f??????? * * s1 s2 过阻尼 不等实数极点 稳定 单调上升 阻尼比ζ 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 2. 控制指标分析 控制系统的稳定性条件 无阻尼 一对纯虚根 等幅振荡 临界阻尼 2个重实根 单调上升 过阻尼 2个实根 单调上升 欠阻尼 共轭复数根 衰减振荡 ζ

0 1 ζ>1 0