理论教育 非典型系统的典型化过程分析

非典型系统的典型化过程分析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:之后,选择调节器的方法就是利用传递函数的近似处理将控制对象与调节器的传递函数配成典型系统的形式。将典型Ⅰ型系统校正成典型Ⅱ型系统 设控制对象是典型Ⅰ型系统,其传递函数为同样,可采用PI调节器来对控制系统进行校正。校正后的开环传递函数变成令KpiK2/τ1=K,则这就是典型Ⅱ型系统。

非典型系统的典型化过程分析

在实际系统中,大部分控制对象并不都是典型系统,需配上适当的调节器才能校正成典型系统。有些情况下,还要对一些实际系统进行事先的近似处理,才能使用前述的工程设计方法。

1.调节器结构的选择

采用工程设计方法选择调节器时,应先根据控制系统的要求,确定要校正成哪一类典型系统。之后,选择调节器的方法就是利用传递函数的近似处理将控制对象与调节器的传递函数配成典型系统的形式。现在举两个例子来说明这个问题。

(1)将双惯性型控制对象校正成Ⅰ型系统 设控制对象是双惯性型的,其传递函数为

式中,T1>T2K2为控制对象的放大系数,要校正成Ⅰ型系统时,调节器必须具有一个积分环节,并带有一个比例微分环节,以便对消掉控制对象中的一个惯性环节,一般都是对消掉大惯性环节,使校正后的系统响应更快些。这样,就选择PI调节器,其传递函数形式为

τ1=T1,校正后系统的开环传递函数变成

再令KpiK2=K,则

这就是典型Ⅰ型系统,如图B-5所示。

(2)将典型Ⅰ型系统校正成典型Ⅱ型系统 设控制对象是典型Ⅰ型系统,其传递函数为

同样,可采用PI调节器来对控制系统进行校正。

校正后的开环传递函数变成

KpiK21=K,则

这就是典型Ⅱ型系统。

图B-5 用PI调节器将双惯性型控制对象校正成典型Ⅰ型系统(www.daowen.com)

从以上两个例子可以看出,根据校正要求,可采用P、I、PI、PID以及PD(虽然以上两例均为PI校正)等几种调节器,把被控对象校正成典型系统。值得指出的是,有时仅靠以上几种调节器仍难以满足要求,这时就不得不采用更复杂的控制规律,或者对受控对象做一些近似的处理。

2.受控对象的近似处理

由自动控制理论的有关知识可以得出下述关于对系统某些环节进行近似处理的方法。

(1)大惯性环节的近似处理 当系统中存在着一个时间常数特别大的惯性环节1/Ts+1)时,可以近似地将它看成是积分环节1/Ts),但这样的近似处理只适用于动态性能的分析和设计,当考虑稳态精度时,仍采用传递函数。

(2)小惯性环节的近似处理 若系统固有部分由一个大时间常数的惯性单元和若干个小时间常数的惯性单元串联组成,则有

式中,Ti<<T1i=2,3,…,n)。

这时,可将小时间常数的惯性单元合并成一个等效的惯性单元,并有

式中,TΣ=T2+T3+…+Tn

(3)高阶系统的降阶处理 上述小惯性环节的近似处理实际上是一种特殊的降阶处理,把多阶小惯性环节降为一阶子惯性环节。对更一般的情况,原则上说,当系统特征方程的高次项系数小到一定程度就可以忽略不计,前提是要保证系统的稳定性。现以三阶系统为例,设

式中,abc都是正的系数,且bc>a,即系统是稳定的,若能忽略高次项,可得近似的一阶传递函数为

近似的条件也可以从频率特性导出为

条件是

也可以写成

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