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节有一定的局限性。
图2(a)不同比例系数下的系统时域响应图
f图2(b)系统根轨迹图
微分(D)控制对系统的影响
依然选取系统
G0s

s

122s

3
进行不同程度的微分控制,则调节后系统
GsGcsG0sKDsG0s分别令KD为1,5,10,15,作出系统的单位阶跃响应,和调节后系统根轨迹图,分别如图3ab所示。
图3a不同微分系数的系统时域响应
f图3b微分调节后系统的根轨迹图
从图3a中的仿真结果可以看出,不同的微分调节会影响其超调幅度,微分系数KD越大,系统超调越大,因此可以选取适当的微分系数控制超调,改善系统的动态性。并且可以看出微分控制只对动态过程起作用,不影响系统的稳态性,且对系统噪声非常敏感。所以单一的微分控制器不宜与被控对象串联起来单独使用。由图3b可以知道增加微分环节后根轨迹全部在S左半平面,系统稳定。因为微分调节增加了开环零点,导致根轨迹左移。
积分(I)控制对系统的影响
依然选取系统
G0
s

s

122
s

3
进行不同程度的积分控制,则调节后系
统GsKIsG0s,分别取KI为1,5,10,15作出调节前后系统的单位阶跃响应和根轨迹图,分别如图4abc所示
f图4b积分调节后的系统阶跃响应
图4a积分调节前的系统单位阶跃响应图
图4c积分调节后系统根轨迹图
通过观察图4系统时域响应看得出来,在加入积分控制前,系统静态稳定值与真实值相差甚远。但加入积分控制后,系统的稳态值接近于1,显然积分控制有利于消除稳态误差,提高稳态性能。此外,我们选取不同的积分系数进行调节,由图4b可知,积分系数会对系统动态性产生影响,积分系数KI越小,系统响应速度越快,但KI过小会使系统产生很大的超调,不利于系统稳态性。
对比前文图2b和图4c,我们可以看到积分调节后当开环增益大于时,根轨迹将进入S右半平面,系统变得不稳定。显然调节后增加了一个开环极点,系统根轨迹右移,不利于系统稳定。
f我们研究积分控制与系统型数的关系,我们选择一个原系统型数不为0
的系统G0s

s
1s
2
,分别令为1和2对其进行积分调节,取积分系数为
1进行仿真,如图4de所示
图4e1积分调节后阶跃响应
图4e2积分调节后阶跃响应
显然当原系统型数不为0时,进行积分调节会使超调增加巨大,无限振荡,系统不稳定,因此对于原系统型数不为0时,不应该进行积分调节。
比例微分(PD)控制对系统的影响
选取受控系统为G0s

s2

13s
15
,原系统阶跃响应见图5a。对其进行r
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