8、计算机辅助动力学分析第4讲课件

1、1定义和控制系开环1定义和控制系开环系闭环系闭环系统数学模反馈的代1.1控制系统1.1控制系统1.1 控制系统烘烤炉温度控制系统1.1 控制系统烘烤炉温度控制系统1.1控制系统发展历1769Watt发明了飞球调节器，最早应用于工业过1.1控制系统发展历1769Watt发明了飞球调节器，最早应用于工业过程的控制1868J.C.Maxwell用微分方程为一种蒸汽机的调节器建立了数学模1913Ford在汽车生产中引入了机械化装配1927H.W.Bode分析了反馈放大1932H.Nyquist研究出了系统稳定性分析方1952MIT对机床实施轴向控制，开发出数控（NC）方法1954开发出“程控物体转运器

2、”最早的工业机器1960Unimate研制了第一台机器人，并于1961年用它向压铸机给料1970发展了多变量模型和最1980鲁棒控制系统设计得到广泛研1994汽车上广泛采用反馈控1定义控制系开环系1定义控制系开环系闭环系闭环系统数学模反馈的代1.21.21.2直流电机开环调速系统1.2直流电机开环调速系统1定义控制系开环系1定义控制系开环系闭环系闭环系统数学模反馈的代1.31.31.31.31.3直流电机闭环调速系统1.3直流电机闭环调速系统1定义控制系开环系1定义控制系开环系闭环系闭环系统数学模反馈的代1.4闭环系统数学模型闭环系统方框out 闭环系统1.4闭环系统数学模型闭环系统方框out

3、 闭环系统数学模(s) 1 A(s)G(s)HH1.4闭环系统数学模型例：压板用于压制薄1.4闭环系统数学模型例：压板用于压制薄工完成钢板的Y这通过预设值Ya与之控制阀动作，从而。；制流量Q ；并推动压执行器输出力，上；Fd 为扰动力。2016-12-制造工程及自动1.4闭环系统数学模型H(s) b QKc 数为 KmK1.4闭环系统数学模型H(s) b QKc 数为 KmKcbKpFcc K K Kp cc1.4闭环系统数学模型被控对象可以假设为一个弹簧-质量-Y1G(s) Ms2 DsYa1YMs2 Ds1.4闭环系统数学模型被控对象可以假设为一个弹簧-质量-Y1G(s) Ms2 DsYa

4、1YMs2 DsT(s) YKp，FdMs2 DsK Y ap1定义控制系开环系1定义控制系开环系闭环系闭环系统数学模反馈的代1.5增加了元器件的数量1.5增加了元器件的数量和系统的复杂性损失了增益可能带来系统的不稳定性2自动控制系统的控制精稳2自动控制系统的控制精稳定其他系统指2.1跟随误数学模out 1(s)2.1跟随误数学模out 1(s)1 A(s)G(s)H稳态误sinlim(t)lims(s)ss0 1 A(s)G(s)HtsH2自动控制系统的控制精稳2自动控制系统的控制精稳定其他系统指2.2稳定的概线性系统2.2稳定的概线性系统稳定的充分必要条稳定度判2.2.1 稳定的概若系统受

5、到瞬时扰动的作用，而使被控量xc (t) 始平衡位置而产生偏差xc 2.2.1 稳定的概若系统受到瞬时扰动的作用，而使被控量xc (t) 始平衡位置而产生偏差xc 2016-12-制造工程及自动2.2稳定稳定的概线性2.2稳定稳定的概线性系统稳定的充分必要条稳定度判线性系统稳定的充分必要条件ddnxanx1线性系统稳定的充分必要条件ddnxanx12nx(t) C e CCrr 1212n1 n1y线性系统稳定的充分必要条件r1, r2 rn线性系统稳定的充分必要条件r1, r2 rnH(s) X(s) 1sn a sF1n2.2稳定稳定的概线性2.2稳定稳定的概线性系统稳定的充分必要条稳定度

6、判2.2.3 稳定度判2.2.3 稳定度判稳定度判据频率法基本方xcxr W 1H(s) K2K W (s稳定度判据频率法基本方xcxr W 1H(s) K2K W (s) 令1D D 1HKg N(s) K1K2N1(s)NHWKD 1HH稳定度判据频率法K1N1(s)DH NBW (s)稳定度判据频率法K1N1(s)DH NBW (s)D(s)K N(s) D B1W gBKF(s) DB(s) 1 Kg N(s) 1W K因D(s)的阶次大于N (s)的阶次，所以D(s)(s)有同样稳定度判据频率法D(s) 0稳定度判据频率法D(s) 0DB(s) 0 的nArgD(j)(ArgD (j

7、)BArgF( j) ArgDB ( j) ArgD( j) 稳定度判据频率法D(s) 稳定度判据频率法D(s) ArgD(j)(n p) (ArgD (j)BArgF(j)ArgDB(j)ArgD(j)2 轨迹绕(-1,j0p稳定度判据频率法WKj) L(稳定度判据频率法WKj) L(1时的相位为(c) ccPM30 时的幅值为WKjj() 1WK(j20GM 稳定度判据频率法例：压板机稳定性稳定度判据频率法例：压板机稳定性M 103D 1.5105NK 107试决定在下述Kp8pp88p稳定度判据频率法解：不计干扰力的作用Ya1YMs2 DsKpW (s) KMs2 Ds2或W (s) 稳

8、定度判据频率法解：不计干扰力的作用Ya1YMs2 DsKpW (s) KMs2 Ds2或W (s) nsK02nn KpKp 0.75K 100rad/sI0n2016-12-KM制造工程及自动稳定度判据频率法Kp12稳定度判据频率法Kp123稳定度判据频率法稳定度判据频率法2自动控制系统的控制精稳2自动控制系统的控制精稳定其他系统指2.3系统的阶跃响应指最大超调量 2.3系统的阶跃响应指最大超调量 3自动控制系统的典型控制系3自动控制系统的典型控制系比例控比例加微分控比例加积分控超前-滞后控3.1模型方框out 传递函数3.1模型方框out 传递函数 1 A(s)G(s)HH3自动控制系统的

9、典型控制系3自动控制系统的典型控制系比例控比例加微分控比例加积分控超前-滞后控3.2比例控制定义稳态误差A(s) Kpsin s3.2比例控制定义稳态误差A(s) Kpsin sin s1 A(s)G(s)H1 G(s)HpKp稳定度由前面例题知，Kp 3.2比例控制设计技。3.2比例控制设计技。Kp2 取3自动控制系统的典型控制系3自动控制系统的典型控制系比例控比例加微分控比例加积分控超前-滞后控3.3比例加微分控制定义A(s) KdsKp稳态误差sin 3.3比例加微分控制定义A(s) KdsKp稳态误差sin sin s1 A(s)G(s)H1(K s)G(s)Hdp易见，对稳态误差没有

10、显著影响稳定度3.3比例加微分控制K)K (s pA(s3.3比例加微分控制K)K (s pA(s) K s K (sdpddaKd3自动控制系统的典型控制系3自动控制系统的典型控制系比例控比例加微分控比例加积分控超前-滞后控3.4定义A(s) ps稳态误差sin sin 3.4定义A(s) ps稳态误差sin sin Kpss1 A(s)G(s)HG(s)Hs1 稳定度因为argAj0 3自动控制系统的典型控制系3自动控制系统的典型控制系比例控比例加微分控比例加积分控超前-滞后控3.5超前-滞后控制A(s) Kp (Kas定义Kbs稳态误差sin3.5超前-滞后控制A(s) Kp (Kas定义Kbs稳态误差sin sin Kp(Kass1 A(s)G(s)HG(s)HKbs稳定度超前-滞后的相位特性，使得通过适当选取制造工程及自动和，2016-12-3.5超前-滞后控制1KpKa (s)A(s)