[工学]上海交大815考研控制理论基础课件控制理论基础i第5章_控制系统的误差分析.ppt

控制理论基础(I),课程负责人：丁 汉 教授,顾问：王显正 教授,交通大学精品课程系列,2004.4.30,第五章 控制系统的误差分析,5.1 误差的基本概念,5.2 稳态误差系数,5.3 动态误差系数,5.4 扰动作用下的稳态误差,5.5 提高稳态精度的措施,偏差与误差,例1,课堂练习1,例2,定义,课堂练习2,,,,偏差与误差,偏差,误差,,,误差:输入信号作用下的系统响应,稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量,控制信号作用下,扰动作用下,,,5.1 误差的基本概念,系统在控制信号作用下的稳态误差,,,稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量,系统在扰动作用下的稳态误差,,,稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量,,,,例1,,,sE(s)的极点不全部分布在[S]平面的左半部,终值定理,,例2,,磁盘驱动器需用电机来驱动读/写磁头,以使磁头在旋转的磁盘上对磁道进行准确定位.如检测环节、比较环节的增益为1，电机和磁头的组合可以表示为: ，其中 τ=0.001s；,2003年硕士入学试题,,,,(a)试说明工作原理； (b)试计算当预期输入为单位阶跃信号时,磁头位置的稳态误差； (c)选择K,使磁头在斜坡输入10cm/s时,保持其稳态位置误差小于0.1cm。

定义,系统结构对稳态误差的影响,Bode图上的稳态误差系数,位置、速度、加速度,系统在控制信号作用下,5.2 稳态误差系数,,稳态误差系数,,,,单位阶跃输入,单位斜坡输入,单位抛物线输入,稳态位置误差系数,稳态速度误差系数,稳态加速度误差系数,,V=0 0型系统 V=1 I型系统 V=2 II型系统,稳态误差系数和稳态误差,,,系统结构对稳态误差的影响,0型系统的稳态误差,有差系统,V=0,,I型系统的稳态误差,一阶有差系统,V=1,,II型系统的稳态误差,二阶有差系统,V=2,,稳态误差系数和稳态误差,,系统在控制信号作用下,减小和消除稳态误差方法 提高系统的开环增益 增加开环传递函数中积分环节,系统的稳定性,,注意: (1) 尽管将阶跃输入、速度输入及加速度输入下系统的误差分别称之为位置误差、速度误差和加速度误差，但对速度误差、加速度误差而言并不是指输出与输入的速度、加速度不同，而是指输出与输入之间存在一确定的稳态位置偏差2) 如果输入量非单位量时，其稳态偏差（误差）按比例增加例1、例2,(3) 系统在多个信号共同作用下总的稳态偏差误差等于多个信号单独作用下的稳态偏差（误差）之和。

例3,,例：I型单位反馈系统的开环增益K=600s-1,系统最大跟踪速度max =24/s，求系统 在最大跟踪速度下的稳态误差解：单位速度输入下的稳态误差,I型系统,系统的稳态误差为,,例：阀控油缸伺服工作台要求定位精度为0.05cm,该工作台最大移动速度vmax =10cm/s，若系统为I型，试求系统开环增益单位速度输入下的稳态误差为,系统的开环增益,,,系统首先必须是稳 定的；K是系统的开环放大系数；从输入端定义的稳定误差ess0型系统,,Bode图上的稳态误差系数,I型系统（稳态速度误差系数）,,II型系统（稳态加速度误差系数）,,引例,定义,长除法求取,一般公式,误差性能指标,,5.3 动态误差系数,,引例,,,,在s=0的邻域展开泰勒级数,在s=0的邻域t的邻域,动态位置误差系数,动态速度误差系数,动态加速度误差系数,,,,,动态误差系数的定义,,,,动态误差系数的长除法求取,,例,0型系统,I型系统,II型系统,,动态误差系数的一般公式,I型系统,,,ISE （平方误差积分）,ITSE （时间乘平方误差的积分）,IAE （绝对误差积分）,ITAE （时间乘绝对误差的积分）,,误差性能指标,例,,,,,0型系统扰动作用下的稳态误差,(V=k=l=0),,1）只有三种值：0、常数（1/k1）、； 2）扰动作用引起的常数稳态误差只与增益K1有关。

5.4 扰动作用下的稳态误差,1）增加调节部分传递函数G1(s)中积分环节数k 完全消除扰动作用引起的稳态误差比例积分环节提高稳态精度,闭环回路提高稳态精度,输入量补偿的复合控制,干扰量补偿的复合控制,,5.5 提高稳态精度的措施,控制器G1(s)的放大系数,,,拢动误差,阻尼,振荡,求在单位阶跃扰动作用下的扰动误差essn,比例积分环节提高稳态精度,求在单位阶跃扰动作用下的扰动误差essn比较两个系统，在单位阶跃输入信号下的稳态误差闭环回路提高稳态精度,如果稳态增益G0（0）将随时间消逝而偏离1，稳态误差不再等于0须重新调整系统单位阶跃输入下,设在回路的传递函数中有如下的变化:K=10，K=1,单位阶跃输入下,设在回路的传递函数中有如下的变化： K=10，K=1， 且有Kp=100/K,,若,位置随动系统：雷达跟踪系统、 船舵操纵系统输入量补偿的复合控制,前馈/顺馈,若,系统在控制信号作用下,干扰量补偿的复合控制,前馈/顺馈,物理上难实现（分子阶次高于分母的阶次），近似取,,在粗糙路面上行驶的车辆会受到干扰的影响，采用了能感知前方路况的传感器之后，主动式悬挂减震系统就可以减轻干扰的影响。

简单悬挂减震系统的例子如图所示，试选取增益K1、K2的恰当取值，使得当预期偏移为R (s)＝0,且扰动为D(s)=1/s时，车辆不会跳动第五章作业,1、5-3 2、5-4 3、5-8,EX. 5-3,EX. 5-4,,,EX. 5-4,,,EX. 5-4,EX. 5-8,This is End of Chapter 5,Back,。