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  • 二阶系统的性能一个典型的二阶系统如图所示输入输出关系为考虑单位脉冲函数的输入(拉普拉斯变换为1),系统输出为对应的瞬态响应为二阶控制系统的典型阶跃响应如下图所示(欠阻尼系统)系统的瞬态响应性能主要体现...
    控制系统本质上是时域系统

    常见的标准测试信号有单位脉冲信号(测试系统对冲击的抵抗能力),阶跃信号(测试系统对输入的响应能力),斜坡信号和抛物线信号(测试系统对一阶和二阶轨迹的跟随能力)。

    二阶系统的性能

    一个典型的二阶系统如图所示

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    输入输出关系为

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    考虑单位脉冲函数的输入(拉普拉斯变换为1),系统输出为

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    对应的瞬态响应为

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    二阶控制系统的典型阶跃响应如下图所示(欠阻尼系统)

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    系统的瞬态响应性能主要体现在以下两个方面

    • 响应的快速性:由上升时间和峰值时间表征
    • 实际相应对预期响应的逼近程度:由超调量和调节时间表征

    这些量的计算公式如下,通过公式可以看到系统瞬态响应性能的两个方面是相互冲突的。

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    调节时间(误差为2%时,近似表达)

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    峰值时间

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    上升时间(近似表达)

    一些结论:

    • 误差要求为2%时,调节时间约为时间常数的4倍
    • 阻尼比越大,超调量越小-->系统对乐器响应的逼近程度越好;同时峰值时间增加-->系统响应的快速性减弱
    • 给定阻尼比,当系统频率增加时,系统响应变快,且超调量不变
    • 给定系统频率,阻尼比越小,系统响应速度越快,但是逼近程度减小

    高阶系统的简化分析

    • 具有一堆主导极点的高阶系统,可用和高阶系统具有相同主导极点的二阶系统近似,以避免复杂的运算。
    • 系统同时收到零点的影响,具有零点的二阶及更高阶的系统需要另行分析

    系统阻尼的简单辨识

    二阶系统在调节时间内可观测到的振荡的次数约为

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    可以以此来对系统阻尼进行粗略辨识。


    反馈控制系统的稳态误差

    忽略测量噪声和干扰信号时,单位负反馈系统的跟踪误差为

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    由终值定理得,稳态跟踪误差为

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    可以看到,稳态误差完全由开环传递函数决定。

    若开环传递函数中有N个积分器,则该系统得型数为N

    可将阶跃信号视为0次曲线,斜坡信号视为1次曲线,抛物线信号视为2次曲线。

    若系统型数大于信号的次幂数,则系统稳态误差为0,若系统型数等于信号的次幂数,则系统稳态误差为常数;若系统型数小于信号的次幂数,则系统稳态误差为无穷大

    对应关系如下表。该表中阶跃响应的稳态误差和其他两个信号不同,因为阶跃信号不连续

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    位置误差常数、速度误差常数和加速度误差常数很有规律,分别为

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    位置误差常数

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    速度误差常数

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    加速度误差常数

    综合性能指标

    综合性能指标包括误差平方积分指标,误差绝对值积分指标,时间误差积积分指标,时间误差平方积积分指标

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  • 自动控制系统按系统的结构特点分类,可以分为开环控制系统和闭环控制系统。这二者有何区别,本文就为大家介绍一下。01开环控制系统其控制装置与被控对象之间,只有顺向作用而...开环控制系统的特点:1)系统中无反馈...

    自动控制系统按系统的结构特点分类,可以分为开环控制系统和闭环控制系统。这二者有何区别,本文就为大家介绍一下。

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    01开环控制系统

    其控制装置与被控对象之间,只有顺向作用而没有反向联系,系统既不需要对输出量进行测量,也不需要将它反馈到输入端与给定输人量进行比较,故系统的输入量就是系统的给定值。

    而开环控制系统的特征是:系统中没有环节,作用信号从输入到输出是单一方向传递的。

    开环控制系统的特点:

    1)系统中无反馈环节,不需要反馈测量元件,故结构较简单、成本低。

    2)系统开环工作,稳定性好。

    3)系统不能实现自动调节作用,对干扰引起的误差不能自行修正,故控制精度不够高。

    因此,开环控制系统,适用于输入量与输出量之间关系固定且内扰和外扰较小的场合。为保证一定的控制精度,开环控制系统必须采用高精度元件。

    02闭环控制系统

    环控制系统是反馈控制系统,其控制装置与被控对象之间既有顺向作用,又有反向联系,它将被控对象输出量送回到输入端,与给定输人量比较,而形成偏差信号,将偏差信号作用到控制器上,使系统的输出量趋向其期望值。

    闭环控制系统的特征是:系统中存在的反馈环节,作用信号按闭环传递,系统的输出量对控制作用有着直接影响。

    闭环控制系统与开环控制系统相比,具有如下特点:

    1)系统中具有负反馈环节,可自动对输出量进行调节补偿,对系统中参数变化所引起的扰动和系统外部的扰动,均有一定的抗干扰能力。

    2)系统采用负反馈,除了降低系统误差、提高控制精度外,还能加速系统的过渡过程,但系统的控制质量与反馈元件的精度有关。

    3)系统闭环工作,有可能产生不稳定现象,因此存在稳定性问题。

    闭环控制系统自受到干扰后,利用负反馈的自动调节作用,能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用对被控量的影响,而且能够紧紧跟随给定作用,使破控量按照给定信号的变化而变化,从而实现复杂而准确的控制。因此此,闭环控制系统又常称为自动调节系统,系统中的控制器也常称为调节器。

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  • 1、前馈控制属于开环控制,反馈控制属于负反馈闭环控制 一般定值控制系统是按照测量值与给定值比较得到偏差进行调节,属于闭环负反馈...2、前馈控制系统中测量干扰量,反馈控制系统中测量被控变量 在单纯前馈控

    1、前馈控制属于开环控制,反馈控制属于负反馈的闭环控制

    • 一般定值控制系统是按照测量值与给定值比较得到的偏差进行调节,属于闭环负反馈调节。其特点是在被控变量出现偏差后才进行调节;如果干扰已经发生而没有产生偏差,调节器不会进行工作。因此反馈控制方式的调节作用落后于干扰作用。
    • 前馈调节是按照干扰作用来进行调节的。前馈控制将干扰测量出来并直接引入调节装置,对于干扰的克服比反馈控制及时。

    现在以换热器控制方案举例,直观阐述前馈控制和反馈控制:
    在这里插入图片描述
    2、前馈控制系统中测量干扰量,反馈控制系统中测量被控变量

    在单纯的前馈控制系统中,不测量被控变量,而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。

    3、前馈控制需要专用调节器,反馈控制一般采用通用PID调节器

    反馈调节符合PID调节规律,常用通用PID调节器、DCS等或PLC控制系统实现。前馈调节使用的调节器是是根据被控对象的特点来确定调节规律的前馈调节器。

    4、前馈控制只能克服所测量的干扰,反馈控制则可克服所有干扰

    前馈控制系统中若干扰量不可测量,前馈就不可能加以克服。而反馈控制系统中,任何干扰,只要它影响到被控变量,都能在一定程度上加以克服。

    5、前馈控制理论上可以无差,反馈控制必定有差。

    反馈调节使系统达到动态稳定,让被调参数稳定在给定值附近动态变化,却不能使被调参数稳定在给定值上不动。前馈调节在理论上可以实现无差调节。

    6、前馈控制的局限性

    A、在生产应用中各种环节的特性是随负荷变化的,对象动态特性形式多样性难以精确测量,容易造成过补偿或欠补偿。为了补偿前馈调节的不准确,通常将前馈和反馈控制系统结合起来组成前馈反馈控制系统。

    B、工业对象存在多个扰动,若均设置前馈控制器,那设备投资高,工作量大。
    C、很多前馈补偿结果在现有技术条件下没有检测手段。

    D、前馈控制受到前馈控制模型精度限制。

    E、前馈控制算法,往往做近似处理。

    前馈控制选用原则

    1、系统中存在频率高、幅度大、可测量而不可控的扰动时,可选用前馈控制。
    2、当控制系统控制通道滞后时间长、反馈控制又不能获得良好效果时,可选用前馈控制。
    3、选用前馈控制要符合经济性原则。
    4、在决定前馈控制方案后,如静态前馈能满足工艺要求,则不选用动态前馈。

    前馈-反馈控制系统优点

    1、从前馈控制角度看,由于增加了反馈控制,降低了对前馈控制模型精度的要求,并能对没有测量的干扰信号的扰动进行校正。
    2、从反馈控制角度看,前馈控制作用对主要干扰及时进行粗调,大大减少反馈控制的负担

    前馈-反馈控制应用举例

    现在以两种换热器控制方案举例,直观阐述前馈-反馈控制:

    1、换热器前馈反馈控制控制方案1
    在这里插入图片描述
    2、换热器前馈反馈控制控制方案2
    在这里插入图片描述
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  • 前馈控制与反馈控制

    2021-01-20 16:48:07
    前馈控制系统是根据扰动或给定值变化按补偿原理来工作的控制系统,其特点是当扰动产生后,被控变量还未变化以前,根据扰动作用大小进行控制,以补偿扰动作用对被控变量影响。前馈控制系统运用得当,可以使被控...

    前馈控制

    前馈控制是在前苏联学者所倡导的不变性原理的基础上发展而成的。20世纪50年代以后,在工程上,前馈控制系统逐渐得到了广泛的应用。前馈控制系统是根据扰动或给定值的变化按补偿原理来工作的控制系统,其特点是当扰动产生后,被控变量还未变化以前,根据扰动作用的大小进行控制,以补偿扰动作用对被控变量的影响。前馈控制系统运用得当,可以使被控变量的扰动消灭在萌芽之中,使被控变量不会因扰动作用或给定值变化而产生偏差,它较之反馈控制能更加及时地进行控制,并且不受系统滞后的影响。

    单纯的前馈控制是开环的,是按扰动进行补偿的,因此根据一种扰动设置的前馈控制就只能克服这一扰动对被控变量的影响,而对于其他扰动对被控变量的影响,由于这个前馈控制器无法感受到,也就无能为力了。所以在实际工业过程中单独使用前馈控制很难达到工艺要求,因此为了克服其他扰动对被控变量的影响,就必须将前馈控制和反馈控制结合起来,构成前馈反馈控制系统。前馈反馈控制系统有两种结构形式,一种是前馈控制作用与反馈控制作用相乘;另一种是前馈控制作用与反馈控制作用相加,这是前馈反馈控制系统中最典型的结构形式。

    采用前馈控制系统的条件是:
    1、扰动可测但是不可控。
    2、变化频繁且变化幅度大的扰动。
    3、扰动对被控变量的影响显著,反馈控制难以及时克服,且过程控制精度要求又十分严格的情况。

    反馈控制

    反馈控制是指在某一行动和任务完成之后,将实际结果进行比较,从而对下一步行动的进行产生影响,起到控制的作用。其特点是:对计划决策在实施过程中的每一步骤所引起的客观效果,能够及时做出反应,并据此调整、修改下一步的实施方案,使计划决策的实施与原计划本身在动态中达到协调。当然,反馈控制主要是对后果的反馈,而已铸成的事实是难以改变,且用新计划代替旧计划、用新决策代替原有决策有一个过程需要一定的时间,由于系统不能适应情况的变化,将会给工作带来不必要的损失。这就是反馈控制不及预先控制之处。

    反馈控制是指将系统的输出信息返送到输入端,与输入信息进行比较,并利用二者的偏差进行控制的过程。反馈控制其实是用过去的情况来指导现在和将来。在控制系统中,如果返回的信息的作用是抵消输入信息,称为负反馈,负反馈可以使系统趋于稳定;若其作用是增强输入信息,则称为正反馈,正反馈可以使信号得到加强。
    在自动控制理论中,“反馈控制”是信号沿前向通道(或称前向通路)和反馈通道进行闭路传递,从而形成一个闭合回路的控制方法。反馈信号分“正反馈”和“负反馈”两种。为了和给定信号比较,必须把反馈信号转换成与给定信号具有相同量刚和相同量级的信号。控制器根据反馈信号和给定信号相比较后得到的偏差信zido号,经运算后输出控制作用去消除偏差,使被控量(系统的输出)等于给定值。闭环控制系统都是负反馈控制系统。
    反馈控制具有许多优点,由于它是按偏差进行控制,具有能抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力,有较高的控制精度。
    反馈控制的主要缺点是时滞问题,即从发现偏差到采取更正措施之间可能有时间延迟现象,在进行更正的时候,实际情况可能已经有了很大的变化,而且往往是损失已经造成了。

    评价

    前馈控制需要模型。当需要得到一个输出的时候,输入信号可以被事先推算出来,这样给了输入信号之后,输出信号就是想要的值。最简单的前馈控制其实就是电阻模型。假设电阻R,现在想要电流是I,所以要给R*I的电压。不过,前馈有个问题,就是模型精确度不可能完全准确。这个电阻R的值是不确定的,可能实际值会差那么一些,导致电流和预想不一样。

    反馈控制可以不需要模型,但是有模型更好。反馈控制不需要事先知道输入信号。它只检测输出信号。当输出信号低于预期值时,反馈系统会改变输入量,使得输出量增加。对于同样的电阻模型,反馈系统可以检测电阻电流,当电流小于I时,输入电压就会一直增加。直到电流等于I为止。反之,当电流大于I时,输入电压减小,直到电流等于I。

    前馈特点:速度快,不需要检测输出量,需要系统模型,模型不精确的时候结果也不精确。
    反馈特点:检测输出量并且和预想值进行对比,可以不需要系统模型,速度比前馈慢。结果完完全全是预想值。

    所以一个系统如果要精确控制,那么一定需要反馈。如果要超快的系统响应,那就需要前馈。二者可以一起用。

    转载于:https://www.cnblogs.com/jiangkejie/p/10529378.html

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反馈控制系统的特点