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自动控制系统的分析要点

来源:机房360 作者:Alisa编辑 更新时间:2012-12-23 20:59:23

摘要:系统分析,即分析系统的响应是否满足规定的性能指标,包括:稳定性、稳态响应及瞬态响应。

  稳态误差的概念
  
  稳态误差ess'是时域中衡量系统稳态响应的重要指标,定义ess=0为无误差系统;ess
  ≠O为有误差系统。
  
  定义
  
  稳态误差,即误差信号的稳态值。它表达系统实际输出值与希望输出值间的偏差。
  
  影响稳态误差ess的因素有:系统的结构、参数和输入量形式。
  
  欲获得高精度的控制装置,必须选择合理的结构、优质的元件。
  
  稳定性与瞬态质量
  
  1.定义
  
  系统受到外界扰动,由平衡状态产生初始偏差,扰动消除后,系统能恢复到原状态,则系统是稳定的;否则不稳定。
  
  2.系统稳定性与特征方程的关系
  
  所谓系统的稳定性,即瞬态响应的收敛性。
  
  系统的稳定性取决于极点分布:
  
  (1)极点全部位于S平面的左半部,系统稳定。可出现
  
  单调下降
  
  振荡衰减
  
  (2)如有一个极点位于s平面右半部,系统不稳定。可出现:
  
  单调上升
  
  振荡上升
  
  (3)如有极点位于原点,或一对共辄极点位于虚轴上,系统将处于临界稳定状态,等幅振荡。
  
  3.瞬态质量
  
  具有一定稳定质量且能稳定工作的系统,还必须有满意的瞬态响应,这是瞬态质量的标志。反应时间短、收敛快、超调量小,这才是一个符合要求的系统。
  
  分析系统瞬态响应的方法,有三种:
  
  (1)直接解微分方程(用经典法或用拉氏变换)。求解可知系统瞬态响应,但此法不便于分析结构参数对瞬态响应的影响。
  
  (2)用瞬态性能指标评价其响应。
  
  (3)计算机模拟。
  
  系统的模拟技术
  
  为了最后确定系统是否具有要求的瞬态响应,调整并确定合理的结构和参数,为了分析研究复杂的控制系统,以及在系统某些部分的数学模型难以列出的情况,应用模拟方法是一种很有效的方法。尤其对于线性时变系统和非线性系统的分析研究,迄今尚缺乏合适方法,有时很难用解析方法,这时模拟方法更有意义。
  
  1.模拟的含义
  
  模拟就是应用比较简单的、功率不大的、参数和结构可按实际系统要求变换的模型,代替实际的各种各样的物理系统。模拟中各种物理过程和实际系统中的物理过程保持相似关系或者具有相同的数学模型,因而对各种形式的物理系统的研究,就动态性能来讲,可用模型的研究来代替。
  
  2.模拟的使用方式
  
  有全模拟和部分模拟两种:
  
  (1)全模拟:整个系统用模型来代替,很多系统采用这种方法进行设计。
  
  (2)部分模拟:当控制对象尚在设计或难以实地试验场合,或者控制器难以用数学模型表达时,经常用模型代替实际控制对象,而控制器就是实际的控制器。例如,对运载工具等系统分析研究时,即是如此。
  
  3.模拟的类别
  
  (1)物理模拟:可以更接近实际情况对系统作分析研究,但对复杂系统常需很多投资。
  
  (2)数学模拟:模型和实际系统间只保持数学模型一致。这种模拟有很大的通用性、灵活性,但准确度受到数学模型准确度的限制。
  
  在很多场合,数学模拟和物理模拟配合使用。
  
  在大规模模拟解决复杂系统的问题时,数字计算机和模拟计算机组成的混合计算机更显示出优越性,得以应用。
  
  数字计算机可用于数值计算,所以用它研究线性定常系统的各种性能,确定合理参数,更可以用它研究非线性系统、时变系统等比较复杂的问题。
 

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