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自動控制系統的設計--控制器極點配置方法

作者: 時間:2012-03-17 來源:網絡 收藏


控制系統的設計--方法
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          前面介紹了利用根軌跡法和頻率特性法對系統進行校正。事實上,如果已知系統的模型或傳遞函數,通過引入某種,使得閉環系統的極點可以移動到指定的位置,從而使系統的動態性能得到改善。這種方法稱為法。

          例6-12 有一控制系統如圖6-38,其中,要求設計一個,使系統穩定。

          圖6-38

          解:(1)校正前,閉環系統的極點:

          > 0

          因而控制系統不穩定。

          (2)在控制對象前串聯一個一階慣性環節 , c>0,則閉環系統極點:

          顯然,當 時,系統可以穩定。但此對參數 c 的選擇依賴于 a 、 b 。因而,可選擇控制器 , c 、 d ,則有特征方程:

          時,系統穩定。

          本例由于原開環系統不穩定,因而不能通過簡單的零極點相消方式進行控制器的設計,其原因在于控制器的參數在具體實現中無法那么準確,從而可能導致校正后的系統仍不穩定。

          例6-13 已知一單位反饋控制系統的開環傳遞函數:

          要求設計一串聯校正裝置Gc(s) ,使校正后系統的靜態速度誤差系統 ,閉環主導極點在 處。

          解:首先,通過校正前系統的根軌跡可以發現,如圖6-39所示,其主導極點為:

          圖6-39

          為使主導極點向左偏移,宜采用超前校正裝置。

          (2)令超前校正裝置 ,可采用待定系數法確定相關參數:

          其中 為待定系數。

          進一步可得:

          將 代入式子可以得到: 。進一步可得超前校正裝置的傳遞函數:

          校正后系統的根軌跡如圖6-39所示。

          該校正裝置與例6-7中由超前裝置獲取的校正裝置結果基本相同,說明結果是正確的。

          在matlab中,亦有相應的命令可進行,主要有三個算法可實現極點配置算法:Bass-Gura算法、Ackermann算法和魯棒極點配置算法。這些算法均以狀態空間進行表征,通過設定期望極點位置,獲取狀態反饋矩陣K。下面通過示例介紹其中的一種算法。

          例6-14 考慮給定的系統,其狀態方程模型如下:

          期望的閉環系統配置在 ,試設計其控制器。

          解:可以使用下面的MATLAB語句來實現極點的配置:

          A=[0,1,0,0;0,0,-1,0;0,0,0,1;0,0,11,0]; B=[0;1;0;-1];

          eig(A)'

          ans =

          0 0

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