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已知一控制系统结构图如图561所示.doc

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第五章 例5-1 已知一控制系统结构图如图5-61所示,当输入r(t) = 2sint时,测得输出c(t)=4sin(t?45?),试确定系统的参数? ,?n。 解 系统闭环传递函数为 系统幅频特性为 相频特性为 由题设条件知 c(t) = 4sin( t ?45?) =2 A(1) sin(t + ?(1)) 即 整理得 解得 ?n = 1.244 ? = 0.22 系统的传递函数为 试绘制系统概略幅相特性曲线。 解 (1) 组成系统的环节为两个积分环节、两个惯性环节和比例环节。 (2) 确定起点和终点 由于Re[G(j?)]趋于??的速度快,故初始相角为?180?。终点为 (3) 求幅相曲线与负实轴的交点 由G(j?)的表达式知,? 为有限值时, Im[G(j?)] 0,故幅相曲线与负实轴无交点。 (4) 组成系统的环节都为最小相位环节, 并且无零点,故?(?)单调地从?180?递减至 ?360?。作系统的概略幅相特性曲线如图5-62所示。 例5-22 已知系统传递函数为 试绘制系统的概略幅相特性曲线。 解 (1) 传递函数按典型环节分解 (2) 计算起点和终点 相角变化范围 不稳定比例环节?50:?180? ~ ?180? 惯性环节1/(0.2s+1):0?~ ?90? 不稳定惯性环节1/(?2s?1):0?~ +90? 不稳定二阶微分环节0.2s2?0.4s?1:0?~ ?180? (3) 计算与实轴的交点 令Im[G(j?)] = 0,得 Re[G(j?x)] = ?4.037 (4) 确定变化趋势 根据G(j?)的表达式,当? ?x 时,Im[G(j?)] 0;当? ?x 时,Im[G(j?)] 0。作系统概略幅相曲线如图5-63所示。 例5-23 系统的开环传递函数为 试用奈氏判据判断系统的稳定性。 解 (1) 绘制系统的开环概略幅相曲线 = 1 \* GB3 ① 组成系统的环节为一个积分环节、两个惯性环节和比例环节。 = 2 \* GB3 ② 确定起点和终点 = 3 \* GB3 ③ 求幅相曲线与负实轴的交点 令Im[G(j?)] = 0,得 = 4 \* GB3 ④ 组成系统的环节都为最小相位环节,并且无零点,故?(?)单调地从?90?递减至?270?。作系统的概略幅相特性曲线如图5-64所示。 (2) 用奈氏判据判断系统的稳定性 由于组成系统的环节为最小相位环节,p = 0;且为1型系统,故从? = 0处补作辅助线,如图5-64虚线所示。 当时,即,幅相特性曲线不包围(?1,j0)点,所以闭环系统是稳定的。 当时,即,幅相特性曲线顺时针包围(?1,j0)点1圈,R = ?1,z = p ?2R = 2 ? 0,所以系统是不稳定的。 例5-24 单位反馈控制系统开环传递函数 试确定使相位裕度? = 45?的a 值。 解 ?c4 = a2?c 2 + 1 a?c = 1 联立求解得 例5-25 最小相位系统对数幅频渐近特性如图5-65所示,请确定系统的传递函数。 解 由图知在低频段渐近线斜率为0,故系统为0型系统。渐近特性为分段线性函数,在各交接频率处,渐近特性斜率发生变化。 在? = 0.1处,斜率从0 dB/dec变为20dB/dec,属于一阶微分环节。 在? = ?1处,斜率从20 dB/dec 变为0 dB/dec,属于惯性环节。 在? = ?2处,斜率从0 dB/dec变为?20 dB/dec,属于惯性环节。 在? = ?3处,斜率从?20 dB/dec变为?40 dB/dec,属于惯性环节。 在? = ?4处,斜率从?40 dB/dec变为?60 dB/dec,属于惯性环节。 因此系统的传递函数具有下述形式 式中K,?1,?2,?3,?4待定。 由20lgK = 30得K = 31.62。 确定?1: 所以 ?1 = 0.316 确定?2: 所以 ?2 =82.54 确定?3: 所以 ?3 =34.81 确定?4: 所以 ?4 =3.481 于是,所求的传递函数为 例5-26 某最小相位系统的开环对数幅频特性如图5-66所示。要求: (1) 写出系统开环传递函数; (2) 利用相位裕度判断系统稳定性; (3) 将其对数幅频特性向右平移十倍频程,试讨论对系统性能的影响。 解 (1) 由系统开环对数幅频特性曲线可知,系统存在两个交接频率0.1和20,故 且 得
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