扰动误差第九讲精品文稿.ppt

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1、扰动误差第九讲1第1页，本讲稿共20页3.6 线性系统的稳态误差计算3.6.1 稳态误差的定义3.6.2 系统类型已学内容本讲内容3.6.3 扰动作用下的稳态误差3.6.4 减小或消除稳态误差的措施2第2页，本讲稿共20页静态位置误差系数 静态加速度误差系数 误差系数误差系数类型类型 0 0型型 K K 0 0 0 0 型型 K K 0 0 型型 K K静态速度误差系数已学内容回顾3第3页，本讲稿共20页 输入输入类型类型0 0型型型型0 0型型0 00 0在参考输入信号作用下，系统的稳态误差：静态误差系数 系统稳态误差4第4页，本讲稿共20页3.6.3 扰动作用下的稳态误差扰动不可避免扰动不

2、可避免扰动作用下的稳态误差的大小反映了系统抗干扰能力的强抗干扰能力的强弱弱。扰动引起得稳态误差是不可避免扰动引起得稳态误差是不可避免控制对象 控制器扰动量负载力矩的变化、放大器的零点漂移、电网电压波动和环境温度的变化、湿度的负载力矩的变化、放大器的零点漂移、电网电压波动和环境温度的变化、湿度的变化等，这些都会引起稳态误差。变化等，这些都会引起稳态误差。第5页，本讲稿共20页输出对扰动的输出对扰动的传递函数传递函数：(3-71)由扰动产生的输出：由扰动产生的输出：(3-72)图3-23 控制系统 6第6页，本讲稿共20页R(s)=0时，系统的理想输出应为零时，系统的理想输出应为零 ，即：，即：则

3、，扰动产生的输出误差为则，扰动产生的输出误差为 ：(3-73)(3-74)终值定理终值定理：若令图若令图3-233-23中中 (3-75)开环传递函数为开环传递函数为(3-76)(3-77)7第7页，本讲稿共20页下面讨论下面讨论时系统的扰动稳态误差。时系统的扰动稳态误差。当扰动为阶跃信号阶跃信号，即(3-78)对参考输入，都是I型系统，产生的稳态误差是完全相同相同 抗扰动的能力是完全不同不同 当扰动输入为阶跃信号时：当扰动输入为阶跃信号时：当 8第8页，本讲稿共20页斜坡信号时：斜坡信号时：阶跃信号时：阶跃信号时：斜坡信号时：斜坡信号时：当 9第9页，本讲稿共20页扰动稳态误差只与扰动稳态误

4、差只与作用点前作用点前的的结构和参数有关结构和参数有关。扰动作用点后的扰动作用点后的 ，其增益，其增益 的大小和是否有积分环节，的大小和是否有积分环节，它们均对减小或消除扰动引起的它们均对减小或消除扰动引起的稳态误差不起作用。稳态误差不起作用。结论：结论：如如 中的中的 时，相应系统的阶跃扰动稳态误差为零；斜时，相应系统的阶跃扰动稳态误差为零；斜坡稳态误差只与坡稳态误差只与 中的增益中的增益 成反比。成反比。系统为系统为型系统。型系统。10第10页，本讲稿共20页三种可能的组合三种可能的组合：结论：结论：第一种组合的系统具有第一种组合的系统具有IIII型系统型系统的功能，即对于阶跃和的功能，即

5、对于阶跃和斜坡扰动引起的稳态误差均为零斜坡扰动引起的稳态误差均为零 。第二种组合的系统具有第二种组合的系统具有I I型系统型系统的功能，即由阶跃扰动的功能，即由阶跃扰动引起的稳态误差为零，斜坡产生的稳态误差为引起的稳态误差为零，斜坡产生的稳态误差为系统的第三种组合具有系统的第三种组合具有0 0型系统型系统的功能，其阶跃扰动产的功能，其阶跃扰动产生的稳态误差为生的稳态误差为，斜坡扰动引起的误差为，斜坡扰动引起的误差为大家可参照上述做法大家可参照上述做法计算三种情况的结果计算三种情况的结果是否与下述结论相否是否与下述结论相否11第11页，本讲稿共20页3.6.4 减小或消除稳态误差的措施减小或消除

6、稳态误差的措施 提高系统的开环增益提高系统的开环增益和和增加系统的类型增加系统的类型是减小和消除系统稳态误差的有效方法是减小和消除系统稳态误差的有效方法顺馈控制（属复合控制）作用顺馈控制（属复合控制）作用，既能实现减小系减小系统的稳态误差统的稳态误差，又能保证系统稳定性不变稳定性不变的目的。其他条件不变 影响系统的动态性能和稳定性 1.1.按扰动进行补偿按扰动进行补偿？12第12页，本讲稿共20页？分析分析 ：引入前（顺）馈后，系统的闭环特征多项式没有发生任何变化，即：不会影响系统的稳定性不会影响系统的稳定性。化简图3-26，得扰动输出：13第13页，本讲稿共20页由于由于 中分母的中分母的s

7、 s阶次一般比分子的阶次一般比分子的s s阶次高，故式阶次高，故式(3-80)(3-80)的条件在工程实践中只能近似地得到满足。的条件在工程实践中只能近似地得到满足。为了补偿扰动对系统输出的影响(3-79)(3-80)对扰动进行全补偿的条件对扰动进行全补偿的条件 2.2.2.2.按参考输入进行补偿按参考输入进行补偿按参考输入进行补偿按参考输入进行补偿图3-28 按输入补偿的复合控制系统？令 得：14第14页，本讲稿共20页？(3-81)(3-82)输入信号的误差输入信号的误差全补偿条件全补偿条件(3-83)(3-85)(3-84)系统的输出量在任何时刻都可以完全无误差地复现输入量，具有理想的时

8、间响应特性 前馈补偿装置系统中增加了一个输入信号 完全消除误差的物理意义 其产生的误差信号与原输入信号产生的误差信号相比，大小相等而方向相反.须 2.2.2.2.按参考输入进行补偿按参考输入进行补偿按参考输入进行补偿按参考输入进行补偿15第15页，本讲稿共20页 一般具有比较复杂的形式，故全补偿条件(3-84)的物理实现相当困难。在工程实践中，大多采用在满足跟踪精度要求的前提下，实现部分补偿。或者在对系统性能起主要影响的频段内，实现近似全补偿，以使的形式简单并易于实现。16第16页，本讲稿共20页本章小结：本章小结：线性系统的时域分析法线性系统的时域分析法引言引言一阶系统时域分析一阶系统时域分

9、析二阶系统时域分析二阶系统时域分析高阶系统的时域分析高阶系统的时域分析线性系统的稳定性分析线性系统的稳定性分析线性系统的稳态误差计算线性系统的稳态误差计算17第17页，本讲稿共20页本章小结：本章小结：本章小结：本章小结：1.1.时域分析是时域分析是通过直接求解系统在典型输入信号作用通过直接求解系统在典型输入信号作用通过直接求解系统在典型输入信号作用通过直接求解系统在典型输入信号作用下的时域响应来分析系统的性能下的时域响应来分析系统的性能下的时域响应来分析系统的性能下的时域响应来分析系统的性能。通常是以系统阶跃响通常是以系统阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差等性能指标来评价应的超调量、调节时

10、间和稳态误差等性能指标来评价系统性能的优劣。系统性能的优劣。2.二阶系统在欠阻尼时的响应虽有振荡，但只要阻尼取值适当(如快速快速性，又能满足过渡过程的平稳性，因而在控制系统中性，又能满足过渡过程的平稳性，因而在控制系统中常常把二阶系统设计为把二阶系统设计为欠阻尼欠阻尼欠阻尼欠阻尼。左右)，则系统既能满足响应的18第18页，本讲稿共20页3.3.如果高阶系统中含有一对如果高阶系统中含有一对闭环主导极点闭环主导极点，则该系统，则该系统的瞬态响应可以近似地用这对主导极点所描述的二的瞬态响应可以近似地用这对主导极点所描述的二阶系统来表征。阶系统来表征。4.稳定性稳定性是系统所能正常工作的首要条件首要条件。而系统的稳定性是由系统的结构和参数决定得，与外加信号的形式和大小无关。劳斯判椐劳斯判椐是判断系统稳定性的常用判椐。劳斯判据劳斯判据只回答特征方程式的根在s平面上的分布情况，而不能确定根的具体数值。19第19页，本讲稿共20页谢谢！结束20第20页，本讲稿共20页