機電控制工程的根本原則和基本知識

機電控制工程的根本原則和基本知識教師資料姓名：張嶸辦公地點：五金庫2006聯(lián)系方法：71335E-mail：機電控制工程的根本原則和基本知識機電控制工程的根本原則和基本知識課程內(nèi)容機電系統(tǒng)建模電機的原理與控制伺服系統(tǒng)分析實驗教學(xué)計劃第1~8周

講課第9~14周 實驗第15周 課程設(shè)計討論第16周 考試機電控制工程的根本原則和基本知識考核要求項目比例備注作業(yè)15％布置后兩周內(nèi)交齊，過時無效實驗30％實驗完成后兩周內(nèi)交齊，過時無效大作業(yè)15％第16周交齊考試40％開卷機電控制工程的根本原則和基本知識機電控制工程第一章基礎(chǔ)知識機電控制工程的根本原則和基本知識概述內(nèi)容術(shù)語定義典型機電控制系統(tǒng)（自學(xué)）系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)響應(yīng)性能指標(biāo)控制器設(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識術(shù)語系統(tǒng)定義任何存在因果關(guān)系的一組物理元件輸入：因輸出：果數(shù)學(xué)模型線性、定常、確定、集中參數(shù)、動態(tài)常系數(shù)線性微分方程物理特性機電系統(tǒng)第一節(jié)術(shù)語定義機電控制工程的根本原則和基本知識控制與控制系統(tǒng)控制按照預(yù)先給定的目標(biāo)，改變系統(tǒng)行為或性能的方法控制系統(tǒng)靠調(diào)節(jié)能量輸入的方法，使得某些物理量受到控制的一類系統(tǒng)機電控制工程的根本原則和基本知識控制系統(tǒng)分類開環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)機電控制工程的根本原則和基本知識控制系統(tǒng)分類串聯(lián)、串并聯(lián)機電控制工程的根本原則和基本知識控制系統(tǒng)分類復(fù)合控制系統(tǒng)前饋控制器引入輸入信號的導(dǎo)數(shù)分量，加快系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)速度機電控制工程的根本原則和基本知識控制系統(tǒng)分類模擬、數(shù)字控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)、跟蹤、伺服、過程控制系統(tǒng)機電控制工程的根本原則和基本知識第二節(jié)典型機電控制系統(tǒng)本節(jié)自學(xué)機電控制工程的根本原則和基本知識第三節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型概述目的了解控制對象的特性進行定量分析構(gòu)成物理定律和系統(tǒng)關(guān)系特點抽象近似形式傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程機電控制工程的根本原則和基本知識輸入－輸出模型機電控制工程的根本原則和基本知識狀態(tài)方程機電控制工程的根本原則和基本知識傳遞函數(shù)機電控制工程的根本原則和基本知識傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程機電控制工程的根本原則和基本知識傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程機電控制工程的根本原則和基本知識狀態(tài)方程轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)機電控制工程的根本原則和基本知識方塊圖機電控制工程的根本原則和基本知識理論推導(dǎo)列微分方程組線性化處理拉氏變換（代數(shù)方程組）畫方塊圖方塊圖簡化，或消去代數(shù)方程組中間變量輸出輸入之比即傳遞函數(shù)機電控制工程的根本原則和基本知識實驗測得頻率特性機電控制工程的根本原則和基本知識第四節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)時間響應(yīng)單位脈沖、單位階躍、單位斜坡輸入時間域描述瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)方法：反拉氏變換，部分分式展開機電控制工程的根本原則和基本知識頻率響應(yīng)正弦輸入頻率域描述穩(wěn)態(tài)響應(yīng)復(fù)函數(shù)方法：極坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)機電控制工程的根本原則和基本知識第五節(jié)性能指標(biāo)穩(wěn)定性系統(tǒng)工作的必要條件，但不充分。穩(wěn)態(tài)誤差t→∞時的性能度量拉氏域s→0輸入輸出必須等價，需轉(zhuǎn)換為單位反饋系統(tǒng)。位置、速度、加速度誤差系數(shù)機電控制工程的根本原則和基本知識相應(yīng)于輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差不考慮干擾信號，考慮系統(tǒng)在輸入常值、斜坡、二次曲線信號時的穩(wěn)態(tài)誤差位置誤差系數(shù)速度誤差系數(shù)加速度誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差機電控制工程的根本原則和基本知識穩(wěn)態(tài)誤差系統(tǒng)類別單位階躍單位斜坡單位加速度0型I型II型開環(huán)低頻增益越高，

相應(yīng)于輸入信號的閉環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差越小機電控制工程的根本原則和基本知識穩(wěn)態(tài)誤差干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差要減小干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差， ，即干擾輸入點之前的增益要大，甚至帶積分機電控制工程的根本原則和基本知識穩(wěn)態(tài)誤差減小系統(tǒng)誤差的途徑反饋通道的精度直接影響系統(tǒng)誤差，要避免在反饋通道引入干擾對于輸入引起的誤差，增大系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)，提高系統(tǒng)型次對于干擾引起的誤差，在前向通道干擾點前增大放大倍數(shù)機電控制工程的根本原則和基本知識瞬態(tài)響應(yīng)時域指標(biāo)階躍輸入調(diào)整時間ts超調(diào)量σ上升時間tr上升時間td機電控制工程的根本原則和基本知識機電控制工程的根本原則和基本知識瞬態(tài)響應(yīng)頻域指標(biāo)正弦輸入帶寬BW振蕩度MP剪切頻率ωc相位裕量φM閉環(huán)開環(huán)機電控制工程的根本原則和基本知識機電控制工程的根本原則和基本知識機電控制工程的根本原則和基本知識機電控制工程的根本原則和基本知識第六節(jié)控制器設(shè)計一般設(shè)計思路確定受控系統(tǒng)物理組成推導(dǎo)受控系統(tǒng)傳遞函數(shù)GP(s)分析受控系統(tǒng)特性與需求間的差距選擇適當(dāng)形式的控制器GC(s)補足受控系統(tǒng)的不足根據(jù)已知條件，列寫方程組，求解GC(s)中的未知數(shù)，或仿真確定參數(shù)機電控制工程的根本原則和基本知識增益提高，相對誤差下降機電控制工程的根本原則和基本知識控制系統(tǒng)的設(shè)計要求高的增益：準(zhǔn)確小的延遲：穩(wěn)定和快速機電控制工程的根本原則和基本知識PID控制器比例：提供全頻帶的增益，可加寬系統(tǒng)頻帶，但降低穩(wěn)定性積分：提供低頻增益，對高頻影響小，但帶來相位滯后，降低穩(wěn)定性。微分：提供高頻增益（會放大噪聲），相位超前，可改善穩(wěn)定性和快速性。機電控制工程的根本原則和基本知識積分控制器引入積分校正使低頻增益↑，提高型次相位裕量↓剪切頻率？穩(wěn)態(tài)誤差↓穩(wěn)定性↓不利于提高引入積分控制的目的是 提高低頻增益和型次，降低穩(wěn)態(tài)誤差控制器設(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識比例-積分(PI)控制器當(dāng)偏差大時，當(dāng)偏差小時，比例控制起主要作用；積分控制起主要作用?？刂破髟O(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識

既可以降低穩(wěn)態(tài)誤差，又可以調(diào)整(↑↓)剪切頻率；對相位裕量的影響也可以比較小。當(dāng)控制器設(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識微分部分：控制量正比于偏差變化率當(dāng)偏差變化快時，當(dāng)偏差變化慢時，微分控制起主要作用；比例控制起主要作用。比例-微分(PD)控制器控制器設(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識PD校正器的作用：(1)提供正的相位裕量 不穩(wěn)定→穩(wěn)定 超調(diào)量大→小(2)提高剪切頻率(快)PD校正器的缺點：控制量高頻噪聲大控制器設(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識比例微分積分誤差大誤差變化快誤差積分大快速接近期望值降低振蕩，“阻尼”

提高穩(wěn)態(tài)精度起作用的主要條件效果控制器設(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識PID控制器可以校正哪些系統(tǒng)？控制器設(shè)計開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)機電控制工程的根本原則和基本知識控制器設(shè)計開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)特征多項式機電控制工程的根本原則和基本知識開環(huán)階次閉環(huán)階次可調(diào)極點個數(shù)1 2 22 3 33 4 3PID控制器可以對（開環(huán)）2階以下系統(tǒng)，任意配置極點對（開環(huán)）3階以上系統(tǒng)，配置3個主導(dǎo)極點——解決大部分線性SISO系統(tǒng)的控制問題控制器設(shè)計機電控制工程的根本原則和基本知識超前－滯后控制器超前環(huán)節(jié)：改善相位特性，增加穩(wěn)定裕量。滯后