哈工大控制系统设计第12讲-2012

哈尔滨工业大学控制与仿真中心第4章系统的设计准则——Part1授课教师：马杰CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心Contents带宽及带宽设计A1相对稳定性及其指标A217March2020CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20203.1带宽及带宽设计3.1.1控制系统的带宽3.1.2带宽设计CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020控制系统的带宽3.1.1控制系统的带宽闭环系统的输入信号频率从零开始，对控制系统而言，从零频率至衰减到0.707时的频率范围BW是系统可以通过的频带宽度，称为带宽。带宽反映了系统的响应速度；带宽越宽，输出信号的复现精度越高；CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020控制系统的带宽3.1.1控制系统的带宽Bode图上开环幅频特性的穿越频率c与闭环系统带宽BW是同一数量级的，一般有2cBWc与的关系，所以常把也称作带宽。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020控制系统的带宽3.1.1控制系统的带宽更为重要的是，反馈控制系统的带宽反映了抑制干扰的能力，与系统的控制性能的优劣密切相关。1YsGsDsKsGs,1cKG干扰的抑制能力降低。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020控制系统的带宽3.1.1控制系统的带宽更为重要的是，反馈控制系统的带宽反映了抑制干扰的能力，与系统的控制性能的优劣密切相关。11SjKjGj,1cKG系统的跟踪性能降低。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020控制系统的带宽3.1.1控制系统的带宽由此可见，带宽越宽，系统的性能越好，但是带宽是受到限制的，因为开环幅频特性一定要在不确定性界函数超过1之前穿越0dB线。从某种意义上说，一个系统的带宽是设计出来的，反映了控制系统设计师的设计水平。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020影响控制系统带宽的因素3.1.1控制系统的带宽未建模动态特性；系统元部件的带宽；传动链的刚度、传动间隙、负载惯量等。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020未建模动态特性——机械谐振3.1.1控制系统的带宽220ddJBKdtdt固有频率mKJCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020未建模动态特性——机械谐振3.1.1控制系统的带宽固有频率：mKJ系统带宽：5mBWCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020未建模动态特性——机械谐振3.1.1控制系统的带宽机械谐振：2222,mmsasWsabsbs02468Magnitude(dB)101102103-30030Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)02468Magnitude(dB)100101102103-30030Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020未建模动态特性——机械谐振3.1.1控制系统的带宽机械谐振：2222,mmsasWsabsbs02468Magnitude(dB)101102103-30030Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)02468Magnitude(dB)100101102103-30030Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心-60-40-20020Magnitude(dB)10-1100101102103104-135-90-450Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)17March2020未建模动态特性——机械谐振3.1.1控制系统的带宽9Ks22229018015180ssWsss010.11Gss开环频率特性CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020未建模动态特性——机械谐振3.1.1控制系统的带宽闭环频率特性-25-20-15-10-505Magnitude(dB)100101102103-135-90-450Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020带宽设计思想3.1.2带宽设计带宽是反馈控制系统的性能，属于反馈控制设计应该考虑的内容，不一定会出现在设计任务书中，要设计带宽，而不是被动地等待自己衰减下来穿过0dB线，否则系统不在规定的频段上穿越0dB线，就没有鲁棒性，实际系统将是不稳定的。KjGjCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例1：运算放大器的校正3.1.2带宽设计5110010cfdBfCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例2：功率放大器的设计3.1.2带宽设计121001.57/0.6/KKAVVA12121.64921iiKKyuuKK振荡！CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例2：功率放大器的设计3.1.2带宽设计12194.2cKK250/crads110.3768sCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例2：功率放大器的设计3.1.2带宽设计110.3768RCs10.37680.442.27/CuFuFradsCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例3：电压调节器3.1.2带宽设计1pkGsTs零型系统设计——（被控对象）带宽：增益：根据穿越频率确定增益，再核定误差或精度要求校正：一般不需特别校正，利用G(s)本身的衰减特性穿越0dB3cpTCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例3：电压调节器3.1.2带宽设计11,111,1GHGGHHTsGHGGHGH，即，即反馈校正的优点：当比阶次高时，低频为主导，高频抖动依靠抑制。1H1HGGCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例3：电压调节器3.1.2带宽设计内回路增益较高时CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20203.2相对稳定性相对稳定性时域相对稳定性超调量频域幅值裕度、相角裕度闭环谐振峰值开环设计相对稳定性是指闭环系统离开稳定边界的程度。哈尔滨工业大学控制与仿真中心