第三章 自校正控制系统-1

第三章  自校正控制系统-1
第三章  自校正控制系统-1

3-1. 1. 概述概述3-2. 2. 准备知识准备知识3-3. 3. 最小方差控制最小方差控制43-4. 4. 自校正调节器自校正调节器3-5. 5. 广义最小方差控制广义最小方差控制3-6. 6. 自校正控制器自校正控制器3-7. 7. 极点配置技术极点配置技术3-8. 8. 广义最小方差极点配置技术广义最小方差极点配置技术

?自校正控制技术,作为自适应控制的一个分支,其发展速度是十分迅速的,不论在理论研究还是技术应用方面,都取得了丰硕成果。

?但是随着科学技术发展的要求,自校正控制技术的理论研究和技术应用都还需要向纵深发展。?目前,自校正控制技术的算法还比较复杂,算法本身的稳定性和收敛性方面虽然有些已取得了比较好的证明,但还有一些尚未得到比较满意的?另外,自校正控制系统是非线性时变系统,对这样一种闭环系统,需精确分析其动态性能,目前还没有得到比较有效而具有普遍意义的方法。?因此,不论在改进自校正控制技术算法本身,还是对整个自校正控制系统的性能进行精确的分析,都还有待于作深入的研究,使之更完善。

1958年

?Kalman 首先提出,但未被采用

1970年?Peterka 在他的论文中利用自校正的概念解决噪声系统的自适应数字调整时,方得到广泛的重视。

1973年?Astrom 和Witlenmark 于1973年提出自校正调节器的原理后,自校正概念才得到技术上的突破。

Anbumani等人在1981年研究了Hammerstein模型

非线性系统的自校正最小方差控制,Toivonen讨论了具有输入幅值限制的最小方差控制,这些进展把自校正控制水平提到一个新的高度。1975年Clarke 和Gawthrop 提出了自校正控制器,它针对自校正调节器在非最小相位对象时不稳定的缺点,利用广义最小方差控制策略使控制系统不管用在最小相位对象或非最小相位对象都能稳定。

1982年Grimble提出的加权最小方差控制器,能很好地用在非线性对象和动态特性未知的系统。,i i

αβ当过程参数已知时,设计过程规定了一组希

θ

参数已知时,可

确定控制率

及事先选定的性能指标综合出相

应的控制作用

到所要求的性能。

1

1 概述

概述

适应能力:

尽管系统、环境在不断地变化,由于控制动作是根据这些变化不断辨识,不断综合出新的控制率,因而有一定的适应能力,使性能趋于最优

制也将收敛到其参数已知时的最优控制。

不定性通过辨识和控制作用逐步减小,参数估计是收敛的,最后趋于其真值,最终适应控

自动控制系统的校正

第五章自动控制系统的校正 本章要点 在系统性能分析的基础上,主要介绍系统校正的作用和方法,分析串联校正、反馈校正和复合校正对系统动、静态性能的影响。 第一节校正的基本概念 一、校正的概念 当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时,首先可以考虑调整系统中可以调整的参数;若通过调整参数仍无法满足要求时,则可以在原有系统中增添一些装置和元件,人为改变系统的结构和性能,使之满足要求的性能指标,我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。系统中除校正装置以外的部分,组成了系统的不可变部分,我们称为固有部分。 二、校正的方式 根据校正装置在系统中的不同位置,一般可分为串联校正、反馈校正和顺馈补偿校正。 1.串联校正 校正装置串联在系统固有部分的前向通路中,称为串联校正,如图5-1所示。为减小校正装置的功率等级,降低校正装置的复杂程度,串联校正装置通常安排在前向通道中功率等级最低的点上。 图5-1 串联校正 2.反馈校正 校正装置与系统固有部分按反馈联接,形成局部反馈回路,称为反馈校正,如图5-2所示。 3.顺馈补偿校正

顺馈补偿校正是在反馈控制的基础上,引入输入补偿构成的校正方式,可以分为以下两种:一种是引入给定输入信号补偿,另一种是引入扰动输入信号补偿。校正装 置将直接或间接测出给定输入信号R(s)和扰动输入信号D(s),经过适当变换以后,作为附加校正信号输入系统,使可测扰动对系统的影响得到补偿。从而控制和抵消扰动对输出的影响,提高系统的控制精度。 三、校正装置 根据校正装置本身是否有电源,可分为无源校正装置和有源校正装置。 1.无源校正装置 无源校正装置通常是由电阻和电容组成的二端口网络,图5-3是几种典型的无源校正装置。根据它们对频率特性的影响,又分为相位滞后校正、相位超前校正和相位滞后—相位超前校正。 无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源,但本身没有增益,只有衰减;且输入阻抗低,输出阻抗高,因此在应用时要增设放大器或隔离放大器。 2.有源校正装置 有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。图5-4是几种典型的有源校正装 置。有源校正装置本身有增益,且输入阻抗高,输出阻抗低,所以目前较多采用有源图5-2 反馈校正 图5-3 无源校正装置 a)相位滞后 b)相位超前 c)相位滞后-超前

11规则___轮机自动化_第七章_船舶机舱辅助控制系统考试题库

第七章船能机舱辅助控制系统 第二节燃油供油单元自动控制系统 1.当控制器接通柴油模式DO时,斜坡函数加温期间温度控制捋示LED灯“TT()? A定发亮B,闪烁C.熄灭D?无法判断 2控制器EPC-5OB包括()o ①操作面板②电源③主控制板 A.GXD B.①<2)③ c. dXD D. 3控制系统能否对“柴油一垂油J/转换阀进行自动控制 A.能B,不能 C.无法判断D,视惜况决定 4如果没有故障、错误或警告,数码管用不闪烁的符号抬示程序状态,如电源开用“()”,正在扔始化硬件用“()"等。 A? ?I +? B* > 9 0> C? +? > 0> D. 0? >*? 5粘度传感器的如果发生多个故障,高级别的故障()改写较低级别的故障。 A,可以B.不可以 C.有时可以D?无法判断是否可以 6黏度信号保持在最大值的原因可能是()。 A.电流接头扭坏 B. EVT-20故C?空气夹杂在燃油系统中 D.起动期间燃油温度太低 7控制器内置具有()控制规律的软件,可以对重油的粘度或温度进行定值控制。 A.比例积分微分 B.比例微分 C.比例积分 D.以上都不对 8在燃油粘度或温度自动控制系统中,若采用电加热器EHS,则由2个电加热供电单元分别对2个电加热器的燃油进行加热?原因是:()? A.提供足够的加热量,确保燃油盲6够得到加热 B.可以方便地控制加热速度的快慢,需要快速加热时,两个可同时满额工作. C?两个加热器可互为备用,保障了加热器的安全使用 D.以上都正确 9如果调节过程中出现偏遼过大,燃油黏度控制系统都会给出报警伯号吗()。 A?黏度偏差过大会报警,温度偏差过大不会报警 B?温度偏差过大会报警.黏度偏差过大不会报警 C,黏度.温度偏差过大都不会报警 D,黏度、温度偏筮过大都会报警 10在系统新安装后或工作条件改变时,要对系统运行的()进行重新设定和修改,以适应新的需要.A.系数 B.整数C, 大小D.参数11当控制器接通柴;模式DO时,当燃油温度在达到温度设置PW5的39内后,温升斜坡停止,正常温度控制运行.“TT “ 1^)灯()?A?稳定发亮B?闪烁C.熄灭D.无法判断 12 一旦从D0转换为HFO,则EPC-50的控制器可检测到粘度增加,表明重油已经进入系统,那么重油将被开始加热.当温度已经低于重油温度设置值()?€,控制器自动转到粘度调节控制。 A? 2 B? 3 C, 4 D. 5 1 3在系统投入工作之前,要先()。 A?观察比较测啟值与实际值有无异常情况 B.手动检测各电磁阀或电动切换阀是否正常.灵活 旷检査燃油和加热系统冇没冇漏泄或损坏的情况 D?观察EPC-50主扳和粘度检测电路板指示是否正常 14重油改变时,哪些参数是必须改变的0。 ①密度参数Pr23②重油温度设置点参数Pr30;③HFO低温限制值P”2 A.①<§) B.①②③ C.① D.② 15发生了多个故障后,需要读取历史报警列表,EPO50B中的CPU存储了最后的()次报警。A. 16 B. 32 C. 48 D. 64 16在燃油粘度或温度自动控制系统中,若采用电加热器EHS.则由()电加热供电单元分别对2个电加热器进行加热。 个B?2> 1,<> C?3个D, 4个 17如果调寿过'程出现振断则诂要增加参数F&25或Fa27, Fa26或F~28,这些参数的增加会使得系统反映( 消除静養能力(几 A.变慢,减小B,变慢,加强C.加快,减小D?加陕,加强 第三节燃油净油单元自动控制系统 1如果分油机因故障报警,那么在分油机的EPC-50控制爪元土,相应的警报拆示灯就会发出()并不停的闪烁,机舱内同时伴有警报声. A,黄光 B.绿光c红光D,蓝光 2如果中间发生故障或需要停止分油时,可通过按下“SEPARATION/STOP”按钮;实现停止控制。分离设备停止序列对应的()LE叫吾开始闪烁?启动排渣,排渣完成后,停止序11LED等变为稳定的绿色,而分离系统运行对应的緑色LED将熄灭。显示Stop (停止)“A?绿色 B.红色 c.黄色 D.蓝色 3开启水管的供应阀SV15出现泄漏情况或相应的控制回路故障,造成排渣口打开,应()。A.及时校正该泄漏情况B?检査该阀的控制线路 C.检査补偿水系统D?A或B 4补偿水系统中没有水.应当()“ A.检査补偿水系统B?确保任何供应阀均处于开启状态 C?淸洁濾网D?A + B 5.正常“排渣”后,EPC-50根据有关置换水的参数是否人为修改过,来确定程序是进入水流區枝准Ti59进行参数校正,还是准备再次分油,直接进入分离筒“密封”操作Ti62o至Ti75后,系统完成一个工作循环。 A. Ti59, Ti64, Ti75 B. Ti59, Ti62, Tj73 C. Ti59, Ti62, Ti75 D? Ti59, Ti67 / Ti75 6测童电阻R是测绘电桥的一个桥臂,它是安装在所要检测的管路中,离测绘电桥较远。为补偿环境温度变化所产生日獺逞误差,在实际测量电路中往往()? A.把“两线制”接法改为“四士虽制”

自控实验报告-系统校正

西安邮电学院 自动控制原理 实验报告

实验三系统校正 一,实验目的 1.了解和掌握系统校正的一般方法。 2.熟悉掌握典型校正环节的模拟电路构成方法。二.实验原理及电路 1.未校正系统的结构方框图 图1 2.校正前系统的参考模拟方框图 图2 3.校正后系统的结构方框图

图3 4.校正后系统的模拟电路图 图4 三.实验内容及步骤 1.测量未校正系统的性能指标 (1)按图2接线 (2)加入阶跃电压观察阶跃响应曲线,并测出超调量和调节时间,并将曲线和参数记录出来。 2.测量校正系统的性能指标 (1)按图4接线

(2)加入阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量以及调节时间。 四.实验结果 未校正系统 理论值σ% = 60.4% t s = 3.5s 测量值σ% = 60% t s = 2.8s 校正后系统 理论值σ% = 16.3% t s = 0.35s 测量值σ% = 5% t s = 0.42s

五.心得体会 在课本的第六章,我们学习了线性系统的校正方法,包括串联校正、反馈校正以及复合校正等矫正方法,相对于之前学习的内容,理解起来相对难一些,做起实验来也不容易上手。试验期间,遇到了很多难题,反复调整修改甚至把连接好的电路全都拆了重连,最后终于完成了实验。相对于之前的几次试验,这次实验师最让人头疼的,幸好之前积累了些经验,才使得我们这次实验的时候不至于手忙脚乱,但是也并不轻松。 虽然遇到的困难很多,但是我们却收获的更多,线性系统的校正是自动控制原理中重要的部分,通过理论课的学习,再加上实验课的实践,我终于对这些内容有个系统的理解。

基于Matlab的自动控制系统设计与校正

自动控制原理课程设计 设计题目:基于Matlab的自动控制系统设计与校正

目录 目录 第一章课程设计内容与要求分析 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (3) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (10) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (11) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (12) 3.4硬件设计 (13) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (14) 课程设计心得体会 (16) 参考文献 (18)

第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W , 利用有源串联超前校正网络(如图所示)进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置,其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α, 其中 132R R R K c += ,1 )(13243 2>++=αR R R R R ,C R T 4=, “-”号表示反向输入端。若Kc=1,且开关S 断开,该装置相当于一个放 大系数为1的放大器(对原系统没有校正作用)。 1.2 设计要求 1)引入该校正装置后,单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ,开环截止频率ωc’≥4.4弧度/秒,相位裕量γ’≥45°; 2)根据性能指标要求,确定串联超前校正装置传递函数; 3)利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线; c R R

《自动控制原理及系统分析》课程标准

《自动控制原理及系统分析》课程标准 1.课程性质与设计思路 1.1课程的性质 《自动控制原理及系统分析》是一门必修的技术基础课程,适用于电气自动化专业二年级学生。本课程的目标是培养学生掌握与自动控制原理相关的专业知识和综合应用能力,培养解决自动控制系统调试与维护方面实际问题的能力。通过Matlab工具来辅助自动控制原理中的复杂计算与作图、验证分析与设计的结果,使学生掌握必要的基础理论知识,并了解它们对实际问题的指导作用,促进学生养成积极思考、长于分析、善于推导的能力和习惯,为以后专业课程的学习打下基础。 本课程要以《电路分析基础》、《计算机应用基础》等课程的学习为基础,并行课程为《模拟电路技术》、《数字电路技术》,同时为《电力电子技术》、《单片机应用技术》等课程的学习奠定基础。 1.2设计思路 电气自动化技术专业的主要工作岗位有:自动化设备与生产线的维修电工、车间电气技术员、安装调试维修工、PLC程序设计员、技术改造员及系统维护技术员,本课程依据工作岗位的工作任务对职业能力和知识的要求而设置的。 本课程的教学以项目为基点,学习项目按照难易程度依次递进的思路设计的。通过该系列项目的学习,反复训练,通过本课程的学习,使学生了解自动控制的发展历史;熟悉自动控制系统的建模;掌握自动控制原理的基本概念,掌握

自动控制原理基本的分析与设计方法;掌握典型控制系统的校正方法;培养学生利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的初步能力;使学生能运用所学知识,分析、研究专业课中的相关问题,为后续课程的学习打下坚实的理论基础。 本课程教学项目结合本系实训条件,按“资讯、决策、计划、实施、检查和评估”一个完整的过程实施教学。教学过程做到全过程开放,主要课程内容在教室和机房实训室完成,同时结合校外实训基地完成部分模块,通过学习环境与工作环境相结合,提高学生实践能力,融“教、学、做”为一体,强化学生职业能力。 建议本课程在第二学年的第一学期开设。 课程的总学时数为64左右。 课程的总学分为4学分。 2.课程目标 通过本课程的学习,使学生了解自动控制的发展历史;熟悉自动控制系统的建模;掌握自动控制原理的基本概念,掌握自动控制原理基本的分析与设计方法;掌握典型控制系统的校正方法;培养学生利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的初步能力;使学生能运用所学知识,分析、研究专业课中的相关问题,为后续课程的学习打下坚实的理论基础。培养学生具有良好的职业素质、实践能力和创新创业精神,并使学生形成科学的学习和工作方法。 1.1能力目标 ●能够建立和简化自动控制系统的数学模型 ●能够运用MATLAB仿真软件对系统进行时域性能分析 ●能够运用MATLAB仿真软件对系统进行校正 ●能够运用MATLAB仿真软件绘制根轨迹 ●能够利用自动控制的基本理论分析与解决典型的工程实际问题 1.2知识目标 ●掌握自动控制原理的基本概念 ●掌握自动控制系统时域分析方法

自校正控制系统分析

自校正控制系统分析 摘要:本文介绍了自校正控制系统的基本结构,主要介绍了基于PID 结构的间接自校正控制系统的控制算法,并通过实例仿真结果,表明了自校正PID 控制不仅需要调整的参数少,而且还能够根据对象特性的变化在线修改这些参数,增强了控制器的自适应能力。 关键字:自校正控制系统;PID 控制;自适应能力 1 引言 自校正控制系统主要由参数估计器、控制器设计、控制器和被控对象4部分组成,如图1所示。该系统内环由被控对象和可调控制器组成,外环则由过程模型参数估计器和控制器参数计算器所组成,其任务是辨识过程参数再按选定的设计方法综合出控制器参数,用以修改内环的控制器。这类系统的特点是必须对过程或者被控对象进行在线辨识估计器,然后用对象参数估计值和事先规定的性能指标在线综合出调节器的控制参数,并根据此控制参数产生的控制作用对被控对象进行控制经过多次地辨识和综合调节参数可以使系统的性能指标趋于最优。 图1 自适应控制系统结构图 自适应控制算法对于复杂系统能够达到较好的控制精度跟踪速度以及稳定性,其实时性好,算法简单,易于实现。然而,在PID 控制中,一个至关重要的问题就是PID 参数的整定。典型的PID 参数整定方法是在获取被控对象数学模型的基础上,根据某一整定规则来确定参数。PID 参数整定的优劣,不但会影响到控制质量,而且会影响到控制系统的稳定性和鲁棒性。本文介绍了基于PID 结构的间接自校正控制。 2 基于PID 结构的间接自校正控制 自校正PID 控制算法的设计思想是: 以极点配置控制律为控制器基本形式,引入递推算法估计对象参数,并将估计结果按极点配置法进行控制器参数的设计。下面介绍自校正PID 控制器。 被控对象为 )()()()()(11k e k u z B z k y z A d +=--- (1) 式中,u(k),y(k)表示系统的输入和输出,e(k)为外部扰动,d ≥为纯延迟,且221111)(---++=z a z a z A ,21101)(---+???++=z b z b b z B b n 。 对系统(1)采用PID 控制,此时,对应的PID 控制器可表示为 )()()()()()(1111k y z R k y z R t u z F r ----= (2) ?=--)()(1 11z F z F (3) 过 程过程模型参数估计器 可调控制器 输出控制量输入 过程参数 控制器 参 数 控制器参数 计算器

自校正DMC-PID过热汽温控制系统仿真

文章编号:l∞6—9348(2∞8)12—0254一04 自校正DMC—PID过热汽温控制系统仿真 柳其亮,张福斌 (西北工业大学航海学院,陕西两安7100r72) 摘要:为了克服在过热汽温控制中对象参数变化对系统控制带来的困难,提出了自校正DMc—PID控制方法。保留了通常过热汽温控制采用的串级控制结构,能够快速有效地克服干扰。同时通过参数辨识得到非参数模型进行动态矩阵控制(DMc),即自校正DMc,无需从广义对象的阶跃模型的上下界中选取一条标称的阶跃响应曲线去实现DMc控制,实际应用起来更简单。仿真结果表明,控制方法有良好的控制效果,改善了模型失配时的鲁棒性,在过热汽温控制中是十分有效的。 关键词:自校正;动态矩阵控制;过热汽温;模型失配 中圈分类号:1睨73文献标识码:A SimulationofSelf—tⅢlingDMC—mSuperheated Ste锄Temperatu聆ControlSystem UUQi—li舳g,ZHANGFu—bin。 (Coue护ofM8rine,№曲we8temPol”echnicalullive玛ity,xi'蛐Sh帅菇7100r72,ClIi∞)ABSTI认CT:D—Tlgthec伽碍eofcon呐lUllg8uperheatedgt锄tempe胁re,ino—ertooVercomethe胡kt8ofobject’sparaJnete璐varyingoncontrolqualitiesofthe8y8tem,a眈lf—tuniIlgDMC—PIDcontrolmetlIodisprop08edintlliBpaper-ni8methodreservesc∞cadecontml8tmctIl陀璐uallyusedbysuperheated8te锄tempemtIIrec叩咖l,∞“c曲overcomeinterferenceen.ectivelyandquickly.AttIles蛐etime,theDy枷icMatrixConnDl(DMC),wh船enon—param—cmodelis90ttenbypar锄eteridentification(tlIatisSeIf—tIlningDMC)isreaJized诵thout ch∞singanominalstep—responsecurveintlIeupper舳dl洲erbounds0ft量lebmadobject’s step modeltoachieVe DMCcontrol,tllussimplif如ngtheapplication.Simulati帅瑚ultsshowtllat,t}Iiscontmlme山0dc硼improvethem-bustnesswhenmodelmismatchhappens,h聃goodcontmlqllality锄disVerye任&tiVefor8uperheated 8te踟c伽仃01.ⅪE_YWoRDS:Self—tIlniIlg;DymIIlicnla嫡xc伽呐I;Superhe砒edste锄temperalI骶;M0dellIlis哪tch l引言 火力发电厂运行过程中,过热蒸汽温度对于电厂的安全经济运行有着重大影响。温度过高,容易损坏设备;温度过低,则降低热效率。因此,控制系统必须能够相当严格地将蒸汽温度控制在给定值附近。然而由于各种扰动因素影响汽温过程变化的惯性和迟延,使得汽温过程的动态特性随着运行工况的不同而变化较大,尤其是对于大容量机组而言,其动态特性变化更大,这就要求控制系统应具有强的鲁棒性。对于这样一个复杂而且控制要求又相当高的被控对象,常规的PID控制算法难以满足既定的控制要求。,本文引入自校正DMc—PlD控制器对其进行控制,把自校正DMc和串级控制结合起来,充分发挥自校正DMC算法的超前预测 收稿日期:2007一lO一3l修回日期:2007一儿一19 —254一性和强鲁棒性以及串级控制的抗干扰能力,力求在所有工况实现汽温的良好控制。 2控制算法及控制系统结构 2.1自校正控制 过热汽温系统是一个随机组负荷时变的对象,很难用一个精确的数学模型来描述。当控制系统中对象的参数时时刻刻追随对象动态特性的变化时,对这种系统进行分析相当困难。自校正控制用阶跃响应法获得对象的非参数模型能很好地解决这个问题。首先通过现场试验的方法(如果允许)使给定蒸汽温度为阶跃信号,在t=0,7’,27.,…,胛处测取实际蒸汽温度。利用测出的数据估计过热汽温对象参数,获得参数模型,然后将其转化为非参数模型,即阶跃响应动态系数,从而实时掌握对象参数变化情况。 设有受控自回归积分滑动平均模型 万方数据

实验二 模拟控制系统的校正实验

实验二 模拟控制系统的校正实验 一、实验目的 了解校正在控制系统中的作用。 二、实验内容 设计一个串联校正装置来改善系统性能,使其满足指定的指标要求。 1.未校正系统模拟电路 未校正系统的电路图如下图所示: 510k 可得未校正系统的环传递函数为: 5 16 32 8221865 163)() ()(R R R R s C R s C C R R R R R R s U s U s G r c B ++== 注意:式中的负号说明输出与输入反相,即输入输出间的相位差为180°;与系统的稳定性及动态特性无关。 将元器件参数R 1=R 3=R 5=100k Ω,R 6=510k Ω,R 8=240k Ω,C 1=C 2=1μF 代入之后,可得 667 .41961.1667 .411.524.01224.01.5)(2 2++-≈++- =s s s s s G B 上面所得闭环传递函数是未校正系统的理论分析结果,工程实际中为了分析估计的方 便,将开环传递函数近似处理为 ) 15.0(20)151.0(25.2124.01224.01.5228221865 16 3+-≈+-=+-=+-s s s s s s s C R s C C R R R R R R 如此一来,化简之后的未校正系统的闭环传递函数为 40 240 )(2++- =s s s G B 系统的无阻尼自然频率为 )/(324.640s rad n ≈=ω

阻尼比为 158.01 ≈= n ωζ 所以,未校正时系统的超调量为 %5.60605.02 1=≈=-- ζζπ e M p 取误差Δ=0.02,则调整时间为 )(003.44 s t n s ≈= ζω 系统静态速度误差系数K v 等于I 型系统的开环增益,即 20=v K (1/s ) 2.校正后的系统 校正后系统的阶跃响应测试在自制实验电路板上进行,观察、测量并记录校正后的系统在阶跃信号控制下的输出波形,计算时域性能指标。 三、实验仪器 双路输出稳压电源×1 2×1.5V 干电池×1 运算放大器741×3 钮子开关×1 色环电阻×9 电容×2 数字万用表×1 面包板×1 泰克示波器×1 “校正后的系统模拟实验”实验板×1 尖嘴镊子×1 四、数据分析 1.未校正系统电模拟 表1 校正前二阶系统阶跃响应测试数据记录表

控制系统的校正

基于MATLAB 控制系统的校正设计 1实验目的 ① 掌握串联校正环节对系统稳定性的影响。 ② 了解使用SISO 系统设计工具(SISO Design Tool )进行系统设计。 2 设计任务 串联校正是指校正元件与系统的原来部分串联,如图1所示。 图1串联校正图 图中,()c G s 表示校正部分的传递函数,()o G s 表示系统原来前向通道的传递函数。()()111c aTs G s a Ts +=>+,为串联超前校正;当()()111o aTs G s a Ts +=<+,为串联迟后校正。 我们可以使用 SISO 系统设计串联校正环节的参数,SISO 系统设计工具(SISO Design Tool )是用于单输入单输出反馈控制系统补偿器设计的图形设计环境。通过该工具,用户可以快速完成以下工作:利用根轨迹方法计算系统的闭环特性、针对开环系统 Bode 图的系统设计、添加补偿器的零极点、设计超前/滞后网络和滤波器、分析闭环系统响应、调整系统幅值或相位裕度等。 (1)打开 SISO 系统设计工具 在 MATLAB 命令窗口中输入 sisotool 命令, 可以打开一个空的 SISO Design Tool , 也可以在 sisotool 命令的输入参数中指定 SISO Design Tool 启动时缺省打开的模型。注意先在 MATLAB 的当前工作空间中定义好该模型。如图 2 所示。

图2 SISO系统的图形设计环境 (2)将模型载入 SISO设计工具 通过file/import命令,可以将所要研究的模型载入SISO设计工具中。点击该菜单项后,将弹出Import System Data对话框,如图3所示。 图3 Import System Data对话框 (3)当前的补偿器(Current Compensator) 图2中当前的补偿器(Current Compensator)一栏显示的是目前设计的系统补偿器的结构。缺省的补偿器增益是一个没有任何动态属性的单位增益,一旦在跟轨迹图和Bode图中添加零极点或移动曲线,该栏将自动显示补偿器结构。(4)反馈结构 SISO Design Tool 在缺省条件下将补偿器放在系统的前向通道中,用户可以通过“+/-”按钮选择正负反馈,通过“FS”按钮在如下图4几种结构之间进行切换。

自动控制原理 典型系统分析

222010322072023 付珣利自动化01班位置随动系统: 控制系统原理图 (作业一) 1.1系统方块图 放大器K1 测速转换 测速电机 TG 电机SM 功放K3 放大器K2u -uo δu ui n 1.2控制方案 若电网电压受到波动,ui↑则δu↑u↑n↑uo↑

所以δu ↓u ↓n ↓从而使n 达到稳定。 (作业二) 2.1由原理可知: Θe (s )=Θi (s )—Θ0(s ) US (s )=K0Θe (s ) Us (s )=Raia(s)+LaSia+Eb (s ) M(s)=C m ia(s) JS 2θ0(S)+fs θ0(S)= M(s)-Mc (s) Eb(s)=Kb θ0(S) 2.2系统传递函数 ) ()(0s s i θθ=() ))((1) )((1)(1))((3 2103 210f JS R S L S K C f JS R S L S C K K K K f JS R S L S K C f JS R S L S C K K K K a a b m a a m a a b m a a m +++ ++++++ ++= m b m a a m C K K K K K C f JS R S L S C K K K K 32103210))((++++ 2.3动态结构图

设定参数:f=20N,J=20K ·m 2,a R =20 Ω,La=1H,Ko=40,k1k2k3=100,Cm=1,Kb=0 (因为暂取Kb=0,测速反馈通道相当于没加进) 图.动态结构图 则开环传递函数为:G(s)= ) 105.0)(1(10 ++s s s 闭环传递函数:Ψ(s )= 10 )105.0)(1(10 +++s s s 2.4信号流图 (作业三)系统性能 3.1系统响应及动态性能指标 单位阶跃响应曲线:

自适应控制系统

自适应控制系统 班级: 姓名: 学号:

自适应控制 自适应控制包括模型参考自适应控制和自校正控制两个分支。前者是20世纪50年代建立起来的,它是通过自适应机构来克服系统模型参数的不确定性;后者是瑞典学者Astrom1973年提出的,它是通过在线估计系统模型参数,进而修改控制器的参数,以使系统适应环境的变化。到70年代末和80年代初,李推普诺夫稳定性理论和轶收敛定理在自适应控制中的成功应用,使得基于稳定性分析的模型参考自适应控制系统的设计得到了蓬勃发展,形成模型参考自适应控制的完整理论体系和设计方法;秋收敛定理由于在研究自校正控制系统的稳定性有独到之处,使得基于参数估计的自校正控制系统研究取得了突破性进展。 自适应控制的概念 在反馈控制和最优控制中,都假定被控对象或过程的数学模型是已知的,并且具有线性定常的特性。实际上在许多工程中,被控对象或过程的数学模型事先是难以确定的,即使在某一条件下被确定了的数学模型,在工况和条件改变了以后,其动态参数乃至于模型的结构仍然经常发生变化。在发生这些问题时,常规控制器不可能得到很好的控制品质。为此,需要设计一种特殊的控制系统,它能够自动地补偿在模型阶次、参数和输入信号方面非预知的变化,这就是自适应控制。 自适应控制简介 自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统,这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的,其中包含一些未知因素和随机因素。 任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性,这些不确定性有时表现在系统内部,有时表现在系统的外部。从系统内部来讲,描述被控对象的数学模型的结构和参数,设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响,可以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预测的。此外,还有一些测量时产生的不确定因素进入系统。面对这些客观存在的各式各样的不确定性,如何设计适当的控制作用,使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优,这就是自适应控制所要研究解决的问题。 自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样,也是一种基于数学模型的控制方法,所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少,需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息,使模型逐步完善。具体地说,可以依据对象的输入输出数据,不断地辨识模型参数,这个过程称为系统的在线辩识。随着生产过程的不断进行,通过在线辩识,模型会变得越来越准确,

双率系统极点配置自校正控制算法

邮局订阅号:82-946360元/年技术创新 软件时空 《PLC技术应用200例》 您的论文得到两院院士关注双率系统极点配置自校正控制算法 Self-TuningPolePlacementControlforDual-RateSystems (江南大学控制科学与工程研究中心)肖永松 丁锋 XIAOYong-songDINGFeng 摘要:针对控制输入频率是输出采样频率整数倍的双率系统,研究了极点配置自校正控制方法。由于双率采样数据系统存在未知的采样间输出(即损失输出),所以传统输入输出等周期单率系统极点配置自校正控制方法不适用于双率系统。为了解决这一困难,本文直接利用双率输入输出数据估算系统模型参数和采样间输出,进一步把估计的模型参数代入极点配置 方程,通过求解多项式Diophantine方程, 推导了被控系统控制律,给出了双率极点配置自校正控制算法。一个仿真例子说明双率系统极点配置算法的控制效果。 关键词:极点配置;自校正控制;双率系统;辨识;参数估计 中图分类号:TP273 文献标识码:AAbstract:Fordual-ratesystemswhoseoutputsamplingperiodisanintegermultipleoftheinputupdatingperiod,aself-tuningpole placementcontrolalgorithmisstudied.Becausethereexistunknownintersampleoutputsormissingoutputsinthedual-ratesystems,thetraditionalpoleplacementcontrolalgorithmsforsingle-ratesystemswithsameinputandoutputsamplingperiodsarenotsuitablefordual-ratesystems.Inordertosolvethisdifficulty,thispaperusestheavailabledual-rateinputandoutputdatatoestimatethesystemparametersandintersampleoutputs,andsubstitutestheparameterestimatesintothepoleplacementequations,andderivesthecontrollawsbytheDiophantineequations,andgivesthepoleplacementself-tuningcontrolalgorithms.Finally,Anumericalsimula-tionexampleisincluded. Keywords:Poleplacement;self-tuningcontrol;dual-ratesystem;identification;parameterestimation 文章编号:1008-0570(2008)07-3-0175-02 1引言 在化工过程控制中,主要是控制输出(例如测量气体的分子量等)需要通过实验室分析才能得到时,采样输出的频率要远比控制输入的更新频率来的慢。这种存在多个采样频率的系统就是所谓的多率采样数据系统,相对而言,传统的输入输出等周期采样系统称为单律系统。本文讨论采样输出间隔是输入刷新间隔整数倍的双率系统的极点配置自适应控制问题。自校正控制的设计思想是将未知参数的估计和控制器的设计分开独立进行,过程的未知参数用递推方法在线估计,用估计参数代替系统的真参数,进而设计控制器。将递推参数估计算法和极点配置的控制算法结合起来,就得到一种间接的自适应控制算法。本文将研究双率系统极点配置间接自适应控制算法。对双率系统的研究在上个世纪50年代早期开始提出,最近国内外的不少学者在这方面也做了许多的研究工作。 2问题陈述以及预备知识介绍 对于随机系统控制问题,若要采用自校正控制,则最简单有效的方法是应用最小方差控制策略。如果遇到非最小相位对象,则最小方差控制将产生不稳定,极点配置控制虽然不能获得输出最小方差调节,但是可以获得较好的动态响应和稳定性,所以不失为一个值得考虑的候选方案。考虑下列带迟延ARX模型描述的随机系统,(1) 其中d为对象延迟,参数多项式和 为前移算子z的n 次多项式: 并假定A(z)和B(z)为为互质多项式,其所有零点都在单位圆之内,{u(t)}和{y(t)}分别为控制输入和输出,{v(t)}是均值为零, 方差为σ2 的独立随机白噪声序列。这里讨论的双率控制系统如图1所示, 图1双率自校正控制系统 其中为系统的参考输入或系统的期望输出,控制器的输出u(t)即为被控系统的输入,为系统开环传递函数,y(qt)为被控系统的采样输出,其中q为大于1的整数。对于双率采样数据系统,可以得到的输入输出数据为 * 快速率的输入信号,以及* 慢速率的输出采样信号。由于硬件条件的限制,采样间输出信号y(qt+j),j=1,2,…,q-1无法得到。 在介绍双率极点配置自校正控制之前,先简要说明传统极 肖永松:硕士研究生基金项目:国家自然科学基金项目名称:一类非线性系统辨识建模理论与方法的研究(60574051) 175--

自动控制系统的校正

自动控制系统的校正 摘要:在工业上、农业、交通运输和国防各个方面,凡要求较高的场合,都离不开自动控制。所谓自动控制,就是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置,对生产过程、工艺参数、目标要求进行自动的调节与控制,使之按照预定的方案达到要求的指标。自动控制系统性能的优劣,将直接影响到产品的产量、质量、成本、、劳动条件和预期目标的完成。因此,自动控制越来越受人们的重视,使控制理论和技术应用方面因此也获得了飞速的发展。 关键词:自动控制校正 1.自动控制系统的组成 为了表明自动控制系统的组成以及信号的传递情况,通常把系统各个环节用框图表示,并用箭头标明各做用量的传递情况。框图可以把系统的组成简单明了地表达出来,而不必画出具体线路 自动控制的分类 实际生产过程中采用的自动控制系统的类型是多种多样的,从不同的角度出发,可以进行不同的分类。 按输入量变化的规律分类有恒指控制系统、随动系统过程控制系统;按系统传输信号分类有连续控制系统、离散控制系统;按系统的输出量和输入量间的关系分类有线性系统、非线性系统;按系统中的参数对时间的变化情况分类有定常系统、时变系统。 对自动系统进行分析研究,首先是对系统进行定性分析。所谓定性分析,主要是搞清各个单元及各个组件在系统中的地位和作用,以及它们之间的相互联系,并在此基础上搞清系统的工作原理。然后,在定性分析的基础上,可以建立系统的数字模型;再应用自动控制理论对系统的稳定性、稳态性能和动态性能进行定量分析。在系统分析的基础上就可以找到改善系统性能、提高系统技术指针的有效途径,这也就是系统的校正、设计和现场调试。 2.自动控制系统的校正 当自动控制系统的稳态性能或动态性能满足所要求的性能指针时,首先可以考虑调整系统中的可以调整的参数;若通过调整参数仍是不能满足要求时,则可以在原有的系统中,有目的的添加一些装置和组件。,认为的的改变系统的结构和性能,使之满足所要求的性能指针,我们把这种方法称为“系统校正”。增添的装置和组件称为校正装置和校正组件。 1、校正的概念 当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指针时,首先可以

第6章控制系统的设计习题解答共6页

第6章 控制系统的设计 6.1 学习要点 1 控制系统校正的概念,常用的校正方法、方式; 2 各种校正方法、方式的特点和适用性; 3各种校正方法、方式的一般步骤。 6.2 思考与习题祥解 题6.1 校正有哪些方法?各有何特点? 答:控制系统校正有根轨迹方法和频率特性方法。 根轨迹法是一种直观的图解方法,它显示了当系统某一参数(通常为开环放大系数)从零变化到无穷大时,如何根据开环零极点的位置确定全部闭环极点的位置。因此,根轨迹校正方法是根据系统给定的动态性能指标确定主导极点位置,通过适当配置开环零极点,改变根轨迹走向与分布,使其通过期望的主导极点,从而满足系统性能要求。 频率特性是系统或元件对不同频率正弦输入信号的响应特性。频域特性简明地表示出了系统各参数对动态特性的影响以及系统对噪声和参数变化的敏感程度。因此,频率特性校正方法是根据系统性能要求,通过适当增加校正环节改变频率特性形状,使其具有合适的高频、中频、低频特性和稳定裕量,以得到满意的闭环品质。由于波德图能比较直观的表示改变放大系数和其他参数对频率特性的影响,所以,在用频率法进行校正时,常常采用波德图方法。 系统校正要求通常是由使用单位和被控对象的设计单位以性能指标的形式提出。性能指标主要有时域和频域两种提法。针对时域性能指标,通常用根轨迹法比较方便;针对频域性能指标,用频率法更为直接。根轨迹法是一种直接的方法,常以超调量%δ和调节时间s t 作为指标来校正系统。频域法是一种间接的方法,常以相位裕量()c γω和速度误差系数v k 作为指标来校正系统。 题6.2 校正有哪些方式?各有何特点? 答:校正有串联校正方式和反馈校正方式。 校正装置串联在系统前向通道中的连接方式称为串联校正。校正装置接在系统的局部反馈通道中的连接方式称为反馈校正。如图6.1所示。 图6.1 串联校正和反馈校正 串联校正方式因其实现简单而最为常见。反馈校正除能获得串联校正类似的校正效果外,还具有串联校正所不具备的特点:(1)在局部反馈校正中,信号从高能级被引向低能级,因此不需要经过放大;(2)能消除外界扰动或反馈环内部系统参数波动对系统控制性能的影响,提供系统更好的抗干扰能力。 题6.3 串联超前、串联滞后与串联滞后–超前校正各有何适应条件? 答: (1)串联超前校正通常是在满足稳态精度的条件下,用来提高系统动态性能的一种校正方法。从波德图来看,为满足控制系统的稳态精度要求,往往需要增加系统的

(完整word版)自动控制原理系统校正部分习题

自动控制原理第六章系统校正部分习题 一.选择题 1. 在Bode图中反映系统动态特性的是()。 A.低频段B.中频段C.高频段D.无法反映 2. 开环传递函数,当k增大时,闭环系统()。 A.稳定性变好,快速性变差B.稳定性变差,快速性变好 C.稳定性变好,快速性变好D.稳定性变差,快速性变差 3. 若已知某串联校正装置的传递函数为,则它是一种()。 A.相位滞后校正B.相位滞后超前校正 C.微分控制器D.积分控制器 4. 引入串联滞后校正将使系统()。 A.稳态误差减小B.高频相应加强 C.幅穿频率后移D.相位裕量减小 5. 一个系统的稳态性能取决于()。 A.系统的输入B.系统的输出 C.系统本身的结构与参数D.系统的输入及系统本身的结构参数6. 串联校正环节,是()。 A.相位超前校正B.相位滞后校正 C.增益调整D.相位滞后-超前校正 7. 串联超前校正的作用是()。 A.相位裕量增大B.相位裕量减小 C.降低系统快速性D.不影响系统快速性 8. 串联滞后校正的作用是()。 A.高通滤波B.降低稳态精度 C.降低系统快速性D.使带宽变宽 9. 在对控制系统稳态精度无明确要求时,为提高系统的稳定性,最方便的是()。 A.减小增益B.超前校正

C.滞后校正D.滞后-超前 10. 一般为使系统有较好的稳定性,希望相位裕量为()。 A.0 ~ 15°B.15° ~ 30° C.30° ~ 60°D.60° ~ 90° 选择题答案:1.B 2.B 3.C 4. A 5.D 6.B 7.A 8.C 9.A 10.C 二.是非题 1. PI控制是一种相位超前校正方式。() 2. 串联超前校正可以使系统幅穿频率下降,获得足够的相位裕量。() 3. 相位裕量是开环频率特性幅度穿频率处的相角加90°。() 4. PID校正装置的传递函数为。() 5. 对最小相位系统来说,开环对数幅频特性曲线低频段的形状取决于系统的开环增益和积分环节的个数。() 6. 若已知某串联校正装置的传递函数为,则它是一种滞后-超前校正装置。 ()7. 增大系统开环增益,将使系统控制精度降低。() 8. 若已知某串联校正装置的传递函数为,则它是一种滞后-超前校 正。() 9. 在系统中串联PD调节器,能影响系统开环幅频特性的高频段。() 10. 相位超前校正装置的奈奎斯特曲线是45°弧线。() 是非题答案:1.F 2.F 3. F 4. T 5. T 6. F 7. F 8.T 9. T 10. F 三.填空题 1.串联校正有___________校正、____________校正和________________校正。 2.系统的开环传递函数为,若输入为斜坡函数,要求系统的稳态误差为 ,则K应为________________。 3.进行串联超前校正前的幅穿频率与校正后系统的幅穿频率的关系,通常是 ______________。 4.已知某串联校正装置的传递函数为,则它是一种____________控制器。

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