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(三)3.自动控制原理 Time domain analysis and correct 系统的矫正方法和高阶传递函数的动态性能指标

我们前面学会了求解一阶二阶传递函数的动态性能指标,也会计算例如超调量/调节时间这类指标,我们希望的一个系统他的超调量要小,调节时间要短,但对于不是很理想的系统,我们难道就放任不管吗

我们其实有两种矫正方法

1.测速反馈-------增加阻尼
2.比例-微分------提前控制
           
(三)3.自动控制原理 Time domain analysis and correct 系统的矫正方法和高阶传递函数的动态性能指标

所谓的测速反馈,就是在原反馈内部加上一个求微分的反馈,路程求微分=速度,所以叫测速反馈。

理解:测速反馈中求微分相当于查看单位阶跃响应的曲线陡峭程度(超调量越大,曲线越陡峭)
再根据这个去遏制曲线,使得曲线平滑,本质上其实是对阻尼比的遏制,减小阻尼比达到减小超
调量的目的
           
而比例微分法就是PID控制中的PD部分,具体就是在反馈环内,模块之前加上一个并联的比例微分模块
           

当这两个方法的k相同时,他们的传递函数很像,有一样的极点,不同点在于比例微分法比测速反馈多一个零点(-1/k)

极点相同得到 ξ,ω相同

相比之下

1.超调量:测速反馈 < 比例微分
2.峰值时间:测速反馈 > 比例微分
3.调节时间:测速反馈 > 比例微分
           
(三)3.自动控制原理 Time domain analysis and correct 系统的矫正方法和高阶传递函数的动态性能指标

为什么指标不一样呢?因为对于有非零零点的情况,不是一样的算法

(三)3.自动控制原理 Time domain analysis and correct 系统的矫正方法和高阶传递函数的动态性能指标

如上图给出的公式,就是零极点法,也是导致两个方法得到的指标值有差别的关键所在

下面顺便说一说PID吧

PID具体实现我们这里不表,只说说原理吧

P:比例
I:积分
D:微分
           

先抛开这些,我们了解一下,如果没有这个pid的控制情况是怎么样的

假设这样一个情景:一辆车要沿着一条线走,现在他还在路边停着呢,那我肯定是开车朝着线一头莽过去,到了线那边我刹车,但是惯性大没能停下来,直接开过了线,那我怎么办?肯定回头再莽一波,然后又过了,我再莽。。。。虽然很蠢的亚子,但是我每次都确确实实在朝着线靠近啊,理论上我最后是可以按着线走的。

上面就是没有pid的一般情况,而PID的任务就是让我在可见的时间内快速完成在线上开车的目标。

0聪明的你们一定发现了,什么特喵的开车,我不就在说单位阶跃响应曲线吗,没错,说到底就是让曲线快速逼近稳态值。

P:比例,说白了就是稳态值
D:微分,具体说就是增大我踩刹车时候的摩擦力,让我不要因为惯性飘出去太远
I:积分,其实是一个消除稳态误差的手段,对缩短调节时间也是很有帮助的
           

具体详细的PID算法讲解我会专门写一篇放在我的Pixhawk学习记录的分类之中

对于高阶系统的传递函数,其实并没有多么神秘:

1.按照我们一贯的做法,从传递函数用Laplace解出h(t)
2.画出零极点图
3.去掉离虚轴远的极点,去掉偶极子(靠的近的一对  :零点和极点)
4.最后留下一 二 三阶系统
           

然后对照表格,按照公式估算得出答案:

(三)3.自动控制原理 Time domain analysis and correct 系统的矫正方法和高阶传递函数的动态性能指标
(三)3.自动控制原理 Time domain analysis and correct 系统的矫正方法和高阶传递函数的动态性能指标

附加零极点对动态性能指标的影响

增加零点会使阻尼比减小,超调量变大,峰值时间减小
增加极点会使阻尼比增大,超调量减小,峰值时间变大
           

下面这个解释估计只有我自己能懂了。。

说明了三个参数之间的关系

前面我们说了 阻尼比就想约束曲线靠近的力,它越小,你越会离经叛道,所以超调量变大

同时因为对你的约束力小,你一出来就像脱缰的野猪,跑向稳态值的方向角比较大,(越小的阻尼比,使得上升曲线越像垂直于稳态值)然后你太飘,收到的打击越大,越容易悔改,所以是最早回头的,峰值就在你回头的时候出现了,所以到达峰值的时间会短

记忆方法:

增加一个极点,就可以记忆为从1阶系统变成2阶,从一个单调的变成了有凸出的曲线,显然是组你比变小了

零点相反

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