自动控制原理课件大全3-1-3_精品文档.ppt
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西安邮电学院西安邮电学院自动控制原理自动化学院PrinciplesofAutomaticControl第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院知识要点知识要点p误差与稳态误差的概念误差与稳态误差的概念p稳态误差系数定义稳态误差系数定义p典型输入信号作用下的稳态误差典型输入信号作用下的稳态误差p计算方法和计算结果计算方法和计算结果p减小或消除稳态误差的措施减小或消除稳态误差的措施第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院是我们分析系统、评价系是我们分析系统、评价系统和改善系统时所用的三统和改善系统时所用的三类重要衡量标准。
类重要衡量标准。
快快准准稳稳为什么要分析系统的稳定误差?
为什么要分析系统的稳定误差?
p稳态误差稳态误差是描述系统准确性的性能指标。
是描述系统准确性的性能指标。
p对于对于稳定稳定的系统,暂态响应随时间的推移而衰的系统,暂态响应随时间的推移而衰减,若时减,若时间趋于无穷时,间趋于无穷时,系统的输出量不等于输入量或输入量确系统的输出量不等于输入量或输入量确定的函数,定的函数,则系统存在稳态误差。
则系统存在稳态误差。
p稳态误差是系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。
稳态误差是系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院11稳态误差的分类稳态误差的分类原理性稳态误差原理性稳态误差结构性稳态误差结构性稳态误差p原理性稳态误差和结构性稳态误差原理性稳态误差和结构性稳态误差原理性稳态误差:
控制系统由于系统结构、输入的原理性稳态误差:
控制系统由于系统结构、输入的作用类型和形式所产生的稳态误差。
作用类型和形式所产生的稳态误差。
结构性稳态误差:
控制系统由于非线性因素所引起结构性稳态误差:
控制系统由于非线性因素所引起的系统稳态误差,称为结构性稳态误差的系统稳态误差,称为结构性稳态误差(附加稳态误差附加稳态误差)。
给定信号或给定信号或扰动信号扰动信号三种典型三种典型外作用外作用元件的不灵敏、零点漂移、元件的不灵敏、零点漂移、老化及机械间隙、摩擦老化及机械间隙、摩擦一一误差和稳态误差误差和稳态误差第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院给定稳态误差给定稳态误差(由给定输入引起的稳态误差)扰动稳扰动稳态误差态误差(由扰动输入引起的稳态误差)系统的性质不同两种误差在稳态性能分析的地位不同系统的性质不同两种误差在稳态性能分析的地位不同随动系统要求系统输出量以一定的精度随动系统要求系统输出量以一定的精度跟随输入输入量的变化,因而用量的变化,因而用给定稳态误差来衡量系统的稳态性来衡量系统的稳态性能。
能。
恒值系统需要分析输出量在扰动作用下所受到的恒值系统需要分析输出量在扰动作用下所受到的影响,因而用影响,因而用扰动稳态误差来衡量系统的稳态性能。
来衡量系统的稳态性能。
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院22误差的两种定义误差的两种定义u输入端定义:
输入信号与反馈信号之差为输入端定义:
输入信号与反馈信号之差为作用误差。
作用误差。
输入端定义输入端定义-作用误差作用误差输出量定义输出量定义-系统误差系统误差第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院u输出量的理想值输出量的理想值:
输出端定义:
输出端定义:
理想输出值与实际输出值的差值为理想输出值与实际输出值的差值为系统误差。
系统误差。
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院两种误差之间的关系两种误差之间的关系u两种误差的比较两种误差的比较从从输输入入端端定定义义的的误误差差在在实实际际的的物物理理系系统统中中可可以以测测量量,便便于于实实施施控控制制,具具有有一一定定的的物物理理意意义义;从从输输出出端端定定义义的的误误差差在在实实际际的的物物理理系系统统中中有有时时无无法法测测量量(主要指理想输出主要指理想输出),因此只具有,因此只具有数学意义数学意义。
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院p作用误差简称误差,记作作用误差简称误差,记作E(sE(s)或或e(te(t)系统误差传函系统误差传函第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院p稳态误差稳态误差eesssstwinklestateerrorsteadystateerror由终值定理:
由终值定理:
Twinkle瞬间State状态Error误差第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院二二系统的类型系统的类型(开环传函中串联积分环节的数目开环传函中串联积分环节的数目)注意:
注意:
尾尾1形式形式第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院三三典型输入信号作用下典型输入信号作用下系统的稳态误差系统的稳态误差eessss和稳态误差系数和稳态误差系数(KKpp、KKvv、KKaa)位置误差系数位置误差系数11、单位阶跃输入作用下的稳态误差、单位阶跃输入作用下的稳态误差将将R(s)=1/s代入代入eessss第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院0型系统:
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院11、00型型系系统统对对阶阶跃跃输输入入的的稳稳态态误误差差为为一一定定值值,误误差差的的大大小小与与系系统统的的开开环环放放大大系系数数KK成成反反比比,KK越越大大,eessss越越小小,只只要要KK不不是是无无穷穷大大,系系统统总总有有误误差存在。
差存在。
结论结论22、具具有有单单位位负负反反馈馈的的11型型系系统统可可以以准准确确跟跟踪踪阶阶跃跃输入信号,稳态误差为输入信号,稳态误差为00。
要准确跟踪阶跃输入信号,必须采用要准确跟踪阶跃输入信号,必须采用11型及以上系统。
型及以上系统。
step(feedback(tf(1,conv(10,11),1)step(feedback(tf(1,11),1)step(feedback(tf(21,conv(100,11),1)第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院速度误差系数速度误差系数22、单位速度输入作用下的稳态误差、单位速度输入作用下的稳态误差将将R(s)=1/s2代入代入eessss第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院0型系统:
1型系统:
1型以上系统:
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院结结论论3、具具有有单单位位负负反反馈馈的的22型型或或22型型以以上上的的系系统统可可以以准确跟踪斜坡输入信号稳态误差为准确跟踪斜坡输入信号稳态误差为00。
2、具具有有单单位位负负反反馈馈的的11型型系系统统可可以以跟跟随随斜斜坡坡输输入入,但有一定的误差但有一定的误差(稳态速度误差稳态速度误差)。
1、00型型系系统统在在稳稳态态时时,不不能能跟跟踪踪斜斜坡坡输输入入信信号号,最后误差为最后误差为。
要准确跟踪速度输入信号,必须采用要准确跟踪速度输入信号,必须采用22型及以上系统。
型及以上系统。
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院加速度误差系数加速度误差系数33、单位加速度输入作用下的稳态误差、单位加速度输入作用下的稳态误差将将R(s)=1/s3代入代入eessss第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院0型系统:
1型系统:
2型以上系统:
2型系统:
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院结结论论3、具具有有单单位位负负反反馈馈的的33型型或或33型型以以上上的的系系统统可可以以准准确确跟跟踪踪加速度输入信号,稳态误差为加速度输入信号,稳态误差为00。
2、具具有有单单位位负负反反馈馈的的22型型系系统统可可以以跟跟随随加加速速度度输输入入信信号号,但有一定的误差但有一定的误差(稳态加速度误差稳态加速度误差)。
要准确跟踪加速度输入信号,必须采用要准确跟踪加速度输入信号,必须采用33型及以上系统。
型及以上系统。
1、00型型和和11型型系系统统在在稳稳态态时时,不不能能跟跟踪踪加加速速度度输输入入信信号号,最后误差为最后误差为。
第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院响应时间为响应时间为5s5s时的响应曲线时的响应曲线(从图中可以看出(从图中可以看出33型系统跟踪输入信号的能力很强)型系统跟踪输入信号的能力很强)第四节第四节系统的稳态误差系统的稳态误差XIANUNIVERSITYOFPOSTS&TELECOMUNICATION西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院系统型别、静态误差系数与输入信号之间的关系系统型别、静态误差系数与输入信号之间的关系型型别别静态误差系数静态误差系数阶跃输入阶跃输入)
(1)(tRtr=斜坡输入斜坡输入Rttr=)(加速度输入加速度输入2)(2Rttr=pKvKaK1PssKRe+=VssKRe=assKRe=0K00)1(KR+K00KRK00KR000减小或消除误差的
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