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自動控制系統(tǒng)的設計--控制器極點配置方法

來源:本站整理 作者:佚名2009年07月27日 14:34
[導讀] 自動控制系統(tǒng)的設計--控制器極點配置方法
關鍵詞:

自動控制系統(tǒng)的設計--控制器極點配置方法

前面介紹了利用根軌跡法和頻率特性法對系統(tǒng)進行校正。事實上,如果已知系統(tǒng)的模型或傳遞函數,通過引入某種控制器,使得閉環(huán)系統(tǒng)的極點可以移動到指定的位置,從而使系統(tǒng)的動態(tài)性能得到改善。這種方法稱為極點配置法。

例6-12 有一控制系統(tǒng)如圖6-38,其中,要求設計一個控制器,使系統(tǒng)穩(wěn)定。

圖6-38

解:(1)校正前,閉環(huán)系統(tǒng)的極點:

> 0

因而控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。

(2)在控制對象前串聯(lián)一個一階慣性環(huán)節(jié) , c>0,則閉環(huán)系統(tǒng)極點:

顯然,當 時,系統(tǒng)可以穩(wěn)定。但此對參數 c 的選擇依賴于 a 、 b 。因而,可選擇控制器 , c 、 d ,則有特征方程:

, 時,系統(tǒng)穩(wěn)定。

本例由于原開環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定,因而不能通過簡單的零極點相消方式進行控制器的設計,其原因在于控制器的參數在具體實現中無法那么準確,從而可能導致校正后的系統(tǒng)仍不穩(wěn)定。

例6-13 已知一單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數:

要求設計一串聯(lián)校正裝置Gc(s) ,使校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系統(tǒng) ,閉環(huán)主導極點在 處。

解:首先,通過校正前系統(tǒng)的根軌跡可以發(fā)現,如圖6-39所示,其主導極點為:

。

圖6-39

為使主導極點向左偏移,宜采用超前校正裝置。

(2)令超前校正裝置 ,可采用待定系數法確定相關參數:

其中 、 、 、 為待定系數。

進一步可得:

將 代入式子可以得到: , 。進一步可得超前校正裝置的傳遞函數:

校正后系統(tǒng)的根軌跡如圖6-39所示。

該校正裝置與例6-7中由超前裝置獲取的校正裝置結果基本相同,說明結果是正確的。

在matlab中,亦有相應的命令可進行極點配置,主要有三個算法可實現極點配置算法:Bass-Gura算法、Ackermann算法和魯棒極點配置算法。這些算法均以狀態(tài)空間進行表征,通過設定期望極點位置,獲取狀態(tài)反饋矩陣K。下面通過示例介紹其中的一種算法。

例6-14 考慮給定的系統(tǒng),其狀態(tài)方程模型如下:

,

期望的閉環(huán)系統(tǒng)配置在 , , ,試設計其控制器。

解:可以使用下面的MATLAB語句來實現極點的配置:

A=[0,1,0,0;0,0,-1,0;0,0,0,1;0,0,11,0]; B=[0;1;0;-1];

eig(A)'

ans =

0 0 3.3166 -3.3166

P=[-1;-2;-1+sqrt(-1);-1-sqrt(-1)];

K=place(A,B,P)


place: ndigits= 15

Warning: Pole locations are more than 10% in error.

K =

-0.4000 -1.0000 -21.4000 -6.0000

eig(A-B*K)'

ans =

-1.0000 - 1.0000i -1.0000 + 1.0000i -2.0000 -1.0000

可以看出,原系統(tǒng)的極點位置為0、0、3.3166、-3.3166,即原系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,應用極點配置技術,可以將系統(tǒng)的閉環(huán)極點配置到某些期望的位置上,從而使得閉環(huán)系統(tǒng)得到穩(wěn)定,并同時得到較好的動態(tài)特性。

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