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2018南京航天航空大学920自动控制原理第三题

程序员文章站 2022-06-26 18:23:52
设PIPIPI控制器为Gc(s)=Kp(s+1)TisG_c(s)=\frac{K_p(s+1)}{T_is}Gc​(s)=Ti​sKp​(s+1)​系统的开环传递函数G(s)=10KpTis(2s+1)G(s)=\frac{10K_p}{T_is(2s+1)}G(s)=Ti​s(2s+1)10Kp​​系统的闭环传递函数Φ(s)=10KpTis(2s+1)+10bKp\Phi(s) = \frac{10K_p}{T_is(2s+1)+10bK_p} Φ(s)=Ti​s(2s+1)+1....

2018南京航天航空大学920自动控制原理第三题
P I PI PI控制器为
G c ( s ) = K p ( T i s + 1 ) T i s G_c(s)=\frac{K_p(T_is+1)}{T_is} Gc(s)=TisKp(Tis+1)
系统的开环传递函数
G ( s ) = 10 K p ( T i s + 1 ) T i s ( s + 1 ) ( 2 s + 1 ) G(s)=\frac{10K_p(T_is+1)}{T_is(s+1)(2s+1)} G(s)=Tis(s+1)(2s+1)10Kp(Tis+1)
系统的闭环传递函数
Φ ( s ) = 10 K p ( T i s + 1 ) T i s ( s + 1 ) ( 2 s + 1 ) + 10 b K p ( T i s + 1 ) \Phi(s) = \frac{10K_p(T_is+1)}{T_is(s+1)(2s+1)+10bK_p(T_is+1)} Φ(s)=Tis(s+1)(2s+1)+10bKp(Tis+1)10Kp(Tis+1)
扰动传递函数
Φ N ( s ) = 10 T i s ( s + 1 ) + 10 T i s G N ( s ) T i s ( s + 1 ) ( 2 s + 1 ) + 10 b K p ( T i s + 1 ) \Phi_N(s)=\frac{10T_is(s+1)+10T_isG_N(s)}{T_is(s+1)(2s+1)+10bK_p(T_is+1)} ΦN(s)=Tis(s+1)(2s+1)+10bKp(Tis+1)10Tis(s+1)+10TisGN(s)
1.
输出变换
c ( t ) = 2 − 4 3 e − 0.5 t s i n ( 3 2 t + π 3 ) c(t)=2-\frac{4}{\sqrt3}e^{-0.5t}sin(\frac{\sqrt3}{2}t+\frac{\pi}{3}) c(t)=23 4e0.5tsin(23 t+3π)
设系统闭环传递函数为
Φ ( s ) = K s 2 + 2 ζ ω n s + ω n 2 \Phi(s)=\frac{K}{s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2} Φ(s)=s2+2ζωns+ωn2K
由输出表达式可知,该系统式二阶系统,且输出稳态值为输入的两倍,则可得到以下方程
{ K = 2 ω n 2 1 − ζ 2 = 3 2 − ζ ω n = − 0.5 ω n 1 − ζ 2 = 3 2 \begin{cases} K=2\omega_n^2\\ \sqrt{1-\zeta^2}=\frac{\sqrt3}{2} \\ -\zeta\omega_n=-0.5 \\ \omega_n \sqrt{1-\zeta^2}=\frac{\sqrt3}{2} \end{cases} K=2ωn21ζ2 =23 ζωn=0.5ωn1ζ2 =23
解得
{ ζ = 0.5 ω n = 1 \begin{cases} \zeta= 0.5\\ \omega_n=1 \end{cases} {ζ=0.5ωn=1
系统的闭环传递函数为
Φ ( s ) = 2 s 2 + s + 1 \Phi(s)=\frac{2}{s^2+s+1} Φ(s)=s2+s+12
与原式对比,① T i = 1 T_i=1 Ti=1
Φ ( s ) = 5 K p / T i s 2 + 0.5 s + 5 b K p / T i \Phi(s)=\frac{5K_p/T_i}{s^2+0.5s+5bK_p/T_i} Φ(s)=s2+0.5s+5bKp/Ti5Kp/Ti
不成立
T i = 2 T_i=2 Ti=2
{ b = 0.5 K p = 0.4 \begin{cases} b=0.5 \\ K_p=0.4 \end{cases} {b=0.5Kp=0.4
2.
由稳态输出表达式可知,系统的扰动误差为零,则
G N ( s ) = − ( s + 1 ) G_N(s)=-(s+1) GN(s)=(s+1)
输出幅值是输入的两倍,且相位差为 90 ° 90° 90°,即
{ A ( 1 ) = K ( ω n 2 − 1 ) 2 + 4 ζ 2 ω n 2 = 2 φ ( 1 ) = − arctan ⁡ 2 ζ ω n ω n 2 − 1 = − 90 ° \begin{cases} A(1)=\frac{K}{\sqrt{(\omega_n^2-1)^2+4\zeta^2\omega_n^2}}=2 \\ \varphi(1)=-\arctan\frac{2\zeta\omega_n}{\omega_n^2-1}=-90° \end{cases} A(1)=(ωn21)2+4ζ2ωn2 K=2φ(1)=arctanωn212ζωn=90°
解得
{ K = 2 ζ = 0.2 ω n = 1 \begin{cases} K=2 \\ \zeta=0.2 \\ \omega_n=1 \end{cases} K=2ζ=0.2ωn=1
综上
{ G N ( s ) = − ( s + 1 ) G c ( s ) = 0.4 ( 2 s + 1 ) 2 s b = 0.5 \begin{cases} G_N(s)=-(s+1) \\ G_c(s)=\frac{0.4(2s+1)}{2s} \\ b=0.5 \end{cases} GN(s)=(s+1)Gc(s)=2s0.4(2s+1)b=0.5

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