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自動控制原理中,零點和極點對系統性能有什麼影響?


增加開環零點不會使超調增大的,有圖為證。

系統模型:標準二階系統串聯PD環節。

matlab程序:

k1=1;

k2=5;

%阻尼增大後的k2值

k22=4;

%微分係數

k3=0.2;

%增大後的微分係數

k33=0.25;

%顯著增大的微分係數

k333=0.8;

t=0:0.01:15;

%原系統

sys0=tf([k1*k2],[1 1 k1*k2]);

%阻尼增大後

sys1=tf([k1*k22],[1 1 k1*k22]);

%PD控制下

sys2=tf([k2*k3 k1*k2],[1 1+k2*k3 k1*k2]);

%微分係數增加後

sys3=tf([k2*k33 k1*k2],[1 1+k2*k33 k1*k2]);

%微分係數顯著增加後

sys4=tf([k2*k333 k1*k2],[1 1+k2*k333 k1*k2]);

%求取單位階躍響應

step(sys0,t,r); hold on;

step(sys1,t,y); hold on;

step(sys2,t,g); hold on;

step(sys3,t,b); hold on;

step(sys4,t,k); grid

驗證結果:

紅色為沒有增加PD環節的二階系統,黃色為增大了k2值的二階系統(相當於增大了固有特性的阻尼比),綠色、藍色和黑色為微分係數k3依次增大的二階系統。


請指教:

增加有效的開環零點
一般會使根軌跡向複平面左側彎曲或移動,增大系統阻尼,增加系統的相對穩定性;同時也會增加動態性能,增加震蕩性,即減小上升時間,增加超調,調節時間減小。原因是在動態過程中加入早期動態修正信號,由於該信號是在負反饋中,於是會減小信號的增加,相當於增加阻尼,改善了穩定性。又該系統增加零點,增加了相角裕度,改善了動態性能。

增加有效的閉環零點,不會改變的特徵方程,也就是說,原先穩定的系統還是穩定,不穩定的還是不穩定。但是改變了動態性能,使上升時間減小,超調增加,但是調節時間一般不變。原因是在動態過程中加入早期動態感應信號,由於該信號是在負反饋外面,於是會加大信號的增加,相當於減少阻尼。


零點削弱阻尼,極點增加阻尼,削弱或者增加的效果隨著零極點靠近原點的程度而增強


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