我想完成这个系列与控制设计应用程序示例中,我们可以利用一些实用的概念到目前为止我们已经讨论了。我们要设计一个标准的直流电机速度控制器。我们假定电机已经给我们,这意味着植物模型所需的参数,如电枢电阻,惯性,转矩常数,等等,都从制造商的数据表中提取或使用实验数据计算。
对于我们的设计,控制器的输入将一个外加电压,测量的输出将电机的速度。在我们进入设计本身之前,我们应该知道什么样的性能,我们需要从我们的闭环系统。
这是一个非常典型的业绩目标。正如你所看到的,我们的系统需要实现零稳态误差,我们允许最高超过3%。我们也正在考虑到上升时间限制,0.15秒,和沉淀时间,0.3秒,与我们想要我们的控制器响应速度和密切与所需的系统带宽。最后,我们需要确保我们的稳定利润高于60度和10星展。有时你可能还会发现要求干扰抑制水平低于某一频率或噪声衰减的程度超过一定频率。
无论如何,现在我们将首先创建一个模型的闭环系统架构。注意,这个系统包括直流电机的数学模型动力学。和我已经关闭反馈回路的控制器,,首先,我设置为一个常数增加1。
我们希望我们的系统来跟踪100弧度每秒梯形参考速度剖面,在冲蓝线。和我们看实际的电机转速在坚实的橙色。如您所见,初始控制器不是很好,但至少稳定的响应,这始终是一个不错的起点。我们还可以看到低频扰动的影响我们将我们工厂的输出,这比可能原因漂移测量速度信号。
说句题外话,我知道这是一个相对简单的示例,但是作为控制设计工程师我希望你能欣赏的美丽像仿真软件工具。金宝app不仅我可以图形化构建框图或闭环架构我可以想象,我需要做的就是按下播放按钮,繁荣,我可以观察到任何信号在我系统的瞬态响应。此外,我可以记住我输入和输出直接在图上的兴趣点,让工具提取转移函数,对应于定义的所有循环我。
在这里,我将参考输入,干扰,噪音,我设置的主要输出速度测量。在设计视图中,我们有我们的开环传递函数的波德图电脑用蓝色。和我们的分析来看,我有闭环的伯德图遗传性传递函数在红色和绿色的敏感性传递函数。下面,我单位阶跃响应的闭环系统。
我们使用一步反应的原因是这一步激发无限的频率范围,这不仅为我们提供了一个好主意的性能,而且我们的系统的整体稳定性。注意,我们最初的控制器,我们的阶跃响应是低于1。开环传递函数和记住我们的控制器被设置为一个常数增加1意味着我们开始只是我们工厂的频率响应。
从跟踪我们可以看到这是一个二阶系统,两个单杆,而且它从来没有穿过0 dB和渐近方法,-180度线,但从未穿过它。因此它的增益裕度和相位保证金都是无穷大,这使得我们的系统很稳定,表现好。但正如我们所看到的,它有很差的性能。
看着闭环遗传性传递函数,我们应该能够告诉我们跟踪是不会很好,因为我们得到的和低频率太低了。所以我的第一反应会增加收益。当我移动这个,请注意,当它穿过0分贝的阶段保证金似乎和我的阶跃响应正在上升。
如果我将获得更高的,请注意,我是接近1,但是我的反应开始变得欠阻尼的,原因是阶段保证金速降。阶段是密切相关的阻尼闭环系统。所以它趋于0时,我的回答变得越来越不可接受的超调振荡。还有我们还没有达到零稳态误差。所以我们看到比例增益不足以给我们表演,我们正在寻找。
让我把挽回一点并添加一个纯积分器控制器。当我添加积分器,我将实现零稳态误差的阶跃响应。让我增加获得我们可以看得更清楚一点。我想让你们注意几件事情。
首先,由于积分器,现在阶段跨越-180度,因为一切都转移了90度。因为我有无限的直流增益,现在我的遗传性传递函数显示了近乎完美的跟踪频率较低。
通过玩,我可以使阶跃响应看起来非常光滑,但注意,它也非常缓慢。所以我们的问题是,当我们增加增益使系统更快,因为阶段利润率开始下降的阶段交叉接近-180年,我开始看到我的阶跃响应的振动。
我可以继续增加,增益,并注意响应变得越来越少了,其实,我穿越到-180年的另一边,我的阶段和获得的利润去消极,系统会变得不稳定。理想情况下,我们想要选择一个增益,让我们接近我们寻找系统响应速度。
实际上,我要选择一个交叉的频率大约10弧度/秒,这对应于大约0.15秒的上升时间我们想要的目标。但正如你所看到的,它会导致不可接受的过度。从简单的获得,所以当我们找到一个纯积分器本身不能实现,我们需要的性能。
我们需要的是更好的阻尼,这意味着额外的阶段保证金,小于30度。这就是像铅补偿器结构很有帮助,因为会将添加一个撞阶段左右交叉频率。所以我在会补偿器10弧度/秒左右交叉频率。
记住,领导只是一个0单极之前。我可以扩大之间的距离两个通过移动杆的频率范围内,你可以看到如何利润增长阶段和阶跃响应变得更好的阻尼。
让我减少一点,把它带回10弧度每秒交叉频率,也许我可以把我的杆回来一点。所以现在一切都看起来很好。撞在阶段导致了68度的阶段,这很好。我们有18.5 dBs的增益裕度,超出了我们的要求。
阶跃响应,我们可以检查峰值响应,显示超过1.45%,远低于3%,这是我们的要求。我们还可以检查沉降时间,低于0.2秒。我们的要求是0.3秒,所以我们很好。和上升时间是0.118秒,这是低于我们的0.15极限。
正如我们刚才看到的,我们所有的要求得到满足的控制器。我们有很光滑的阶跃响应,好的辊速度,这意味着良好的高频噪声衰减特性,和一个低频增益,这将反映在灵敏度传递函数,并将转化为良好的低频扰动抑制特性。我们有一个大于-40 dBs的衰减低于0.1弧度/秒。最后是一个增益控制器结构,一个纯积分器,和一个补偿器,这是一个零和一杆。
作为最后一步,我将更新我的模型块仿真模型参数和返回,现在已经更新我的金宝app控制器结构。我可以运行一个模拟来验证我的完整的系统性能。你可以清楚地看到我们取得很好的跟踪期望轨迹和很好的干扰和干扰抑制。
希望你能够遵守这一切。我的朋友,我相信你应该如何控制。
