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1、智能控制理论及应用智能控制理论及应用l主讲：主讲：郭世明郭世明l联系电话：联系电话：13908020875l电子邮箱：电子邮箱：1课程学习要求：课程学习要求：l学习、理解、掌握智能控制的基本思想。学习、理解、掌握智能控制的基本思想。l通过实例了解智能控制的应用。通过实例了解智能控制的应用。l考核方式：闭卷考试。考核方式：闭卷考试。l题型：判断、选择、问答。题型：判断、选择、问答。20章章 控制及其性能指标控制及其性能指标l0.1控制的类型控制的类型l手动控制手动控制l自动控制自动控制l开环控制开环控制l闭环控制闭环控制l断续控制断续控制l连续控制连续控制30.2控制系统的性能指标控制系统的性能
2、指标l一个控制系统的性能指标主要包括：一个控制系统的性能指标主要包括：l1.动态性能指标；动态性能指标；l2.静态性能指标。静态性能指标。l这些性能指标用于评价或考核控制系统这些性能指标用于评价或考核控制系统的品质。的品质。4控制系统的控制量控制系统的控制量l一个控制系统的被控制量，可以是电机一个控制系统的被控制量，可以是电机转速、加热炉温度转速、加热炉温度,也可以稳压电源的电也可以稳压电源的电压、电流。压、电流。l下面以电气传动系统为例说明各项性能下面以电气传动系统为例说明各项性能指标的含义。指标的含义。503调速系统的静态指标调速系统的静态指标l静态性能指标主要指在控制信号和扰动信静态性能
3、指标主要指在控制信号和扰动信号作用结束后号作用结束后34倍动态调节时间后的系倍动态调节时间后的系统输出实际值的各项性能指标。统输出实际值的各项性能指标。l（1）稳态调速精度）稳态调速精度l（2）静差率）静差率l（3）调速范围）调速范围l（4）稳速精度）稳速精度l（5）转速分辨率）转速分辨率6（1）稳态调速精度）稳态调速精度l稳态调速精度是转速给定值稳态调速精度是转速给定值n*与实际值与实际值n之差之差n的相对值的相对值()，其基值为电动机，其基值为电动机额定转速额定转速nN。在计算在计算n 时，时，要考虑三个要考虑三个导致转速变化的因素：导致转速变化的因素：l(1)负载转矩变化负载转矩变化(从
4、空载至额定转矩从空载至额定转矩TN)；l（2）环境温度变化环境温度变化(10)；l（3）供电电网电压变化）供电电网电压变化(-5+10)。7（2）静差率）静差率l静差率又称为转速变化率，是指在某一设静差率又称为转速变化率，是指在某一设定转速下，负载由空载定转速下，负载由空载(01TN)到额定到额定负载（负载（TN）变化时，空载转速变化时，空载转速n0与额定负与额定负载下的转速载下的转速n之差的相对值之差的相对值()8（3）调速范围）调速范围l调速范围又称为调速比，是指在符合规定调速范围又称为调速比，是指在符合规定的静差率条件下，电动机从最高转速的静差率条件下，电动机从最高转速nmax到最低转速
5、到最低转速nmin的转速变化倍数的转速变化倍数.9静差率与调速范围示意图静差率与调速范围示意图10（4）稳速精度）稳速精度l稳速精度是指在规定的电网质量和负载扰稳速精度是指在规定的电网质量和负载扰动条件下，按给定转速在规定的运行时间动条件下，按给定转速在规定的运行时间T内连续运行，每隔一定时间间隔内连续运行，每隔一定时间间隔ts测量一测量一次转速平均值，取其中的最大值次转速平均值，取其中的最大值ntmax和最和最小值小值ntmin。稳速精度值稳速精度值()按下式计算。按下式计算。11稳速精度示意图稳速精度示意图l稳速精度稳速精度12（5）转速分辨率）转速分辨率 l在数字控制调速系统中，转速设定
6、值被量化在数字控制调速系统中，转速设定值被量化后，严格说来调速是有级的。转速分辨率是后，严格说来调速是有级的。转速分辨率是指相邻两级转速设定之差指相邻两级转速设定之差n的相对值的相对值()，其基值是最高转速设定值其基值是最高转速设定值n*max，即即130.4 调速系统的动态指标调速系统的动态指标l动态性能指标主要是指在给定信动态性能指标主要是指在给定信号或扰动信号作用下，系统输出号或扰动信号作用下，系统输出的动态响应中的各项指标。的动态响应中的各项指标。140.4.1 阶跃给定信号响应指标阶跃给定信号响应指标在在一一般般电电气气传传动动控控制制系系统统中中，典典型型的的响响应应特特性性是是速
7、速度度给给定定、电电流流给给定定(或或转转矩矩给给定定)在在阶阶跃跃变变化化后后，实实际际速速度度、实实际际电电流流(或或实实际际转转矩矩)跟随给定变化的时间响应曲线，见图跟随给定变化的时间响应曲线，见图 y y1 1一阶跃给定值一阶跃给定值 t t0 0一信号传输时间一信号传输时间 t tm m一一实实际际值值达达到到最最大大峰峰值的时间值的时间 T Tanan响应时间响应时间 t tr r一调节时间一调节时间 一动态响应偏差带一动态响应偏差带15(1)(1)响应时间响应时间t tanan 又称起调时间，又称起调时间，是指在规定的运行是指在规定的运行和使用条件下，施和使用条件下，施加规定的单
8、位阶跃加规定的单位阶跃给定信号，系统实给定信号，系统实际值第一次达到给际值第一次达到给定值的时间。定值的时间。16（2 2）动态响应偏差带）动态响应偏差带 l实实际际值值与与给给定定值值相相比比较较的的正正负负偏偏差差值值范范围围，以以实实际际值值与与给给定定值值相相比比较较的的偏偏差差值值除除以以最最大大给给定定值值的的百百分分数数表表示示，如如果果没没有有特特别别规规定定，该该 偏偏 差差 带带 一一 般般 为为22左右：左右：17（3 3）超调量）超调量l实实际际值值超超过过给给定定值值的的最最大大数数值值除除以以最最大大给给定定值的绝对值以百分数表示。值的绝对值以百分数表示。式中式中
9、y y（t tm m）实实际际值值超超过给定值的最大数值；过给定值的最大数值；y y1 1给定值；给定值；y ym m最大给定值。最大给定值。18（4 4）调节时间）调节时间t tr rl实实际际值值进进入入偏偏差差带带、且且不不再再超超出出该该偏偏差差带的时间。带的时间。19（5 5）振荡次数）振荡次数N Nl实际值在实际值在t tr r调节时间内围绕给定值摆动的次数调节时间内围绕给定值摆动的次数。200.4.2 阶跃扰动信号作用下的指标阶跃扰动信号作用下的指标l这这些些指指标标是是指指在在给给定定不不变变情情况况下下，在在阶阶跃跃扰扰动动作作用用下下的的控控制制系系统统性性能能指指标标，主
10、主要要以以动动态态波波动动量量、回回升升时时间间、恢恢复复时时间间和和动动态态偏偏差差面面积积等指标衡量，见图。等指标衡量，见图。l速速度度控控制制系系统统中中的的负负载载转转矩矩跃跃变变、电电网网电电压压快快速速波波动动等等一一般般属属于于阶阶跃跃变变化化的的扰扰动动信信号号。一般在额定阶跃转矩扰动下考核各项指标。一般在额定阶跃转矩扰动下考核各项指标。21（1 1）动态波动量动态波动量m ml在在动动态态扰扰动动下下，实实际际值值与与给给定定值值的的最最大大偏偏差差绝绝对对值值与与最最大大给给定定值值之之比比，以百分数表示。以百分数表示。式中式中y(y(t tmdmd)实实际际值值与与给给定
11、值的最大偏差定值的最大偏差y y1 1给定值；给定值；y ym m最大给定值。最大给定值。系统对阶跃扰动信号的动态相应系统对阶跃扰动信号的动态相应22（2 2）动态波动恢复时间）动态波动恢复时间t trerel在在动动态态扰扰动动下下，实实际际值值从从开开始始波波动动到到第第一一次次恢复到偏差带恢复到偏差带的时间。的时间。23（3 3）动态调节时间）动态调节时间t trgrg 实实际际值值在在动动态态扰扰动动下下从从开开始始波波动动到到恢恢复复至至偏差带偏差带、且不再超出偏差带的时间且不再超出偏差带的时间24（4 4）动态偏差面积）动态偏差面积A Am m动动态态波波动动量量m m与与动动态态
12、波波动动恢恢复复时时间间t trere 的乘积的的乘积的1 12 2作为动态偏差面积。作为动态偏差面积。A Am m是衡量电气传是衡量电气传动控制系统最重要动控制系统最重要的动态性能指标之的动态性能指标之一。一。250 05 5 反馈控制规律反馈控制规律 l转转速速反反馈馈闭闭环环调调速速系系统统是是一一种种基基本本的的反反馈馈控控制制系系统统，它它具具有有下下述述三三个个基基本本特特征征，也就是反馈控制的基本规律。也就是反馈控制的基本规律。l各各种种不不另另加加其其他他调调节节器器的的基基本本反反馈馈控控制制系统都服从于这些规律。系统都服从于这些规律。26（1）只用比例放大器的反馈控制系统，
13、只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。其被调量仍是有静差的。l从静特性分析中可以看出，闭环系统的开环放从静特性分析中可以看出，闭环系统的开环放大系数大系数K K值越大，系统的稳态性能越好。值越大，系统的稳态性能越好。l然而，只要所设置的放大器仅仅是一个比例放然而，只要所设置的放大器仅仅是一个比例放大器，即大器，即K KP P=常数，稳态速差就只能减小，却不常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。可能消除。l因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。l实实际际上上，这这种种系系统统正正是是依依靠靠被被调调量量的的偏偏差差进进行行控制的。控制的。
14、27（2)2)反馈控制系统的作用是：抵反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。抗扰动，服从给定。l反反馈馈控控制制系系统统具具有有良良好好的的抗抗扰扰性性能能，它它能能有有效效地地抑抑制制一一切切被被负负反反馈馈环环所所包包围围的的前前向向通通道道上上的的扰动作用，但完全服从给定作用。扰动作用，但完全服从给定作用。l除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都叫做切会引起输出量变化的因素都叫做“扰动作用扰动作用”。28给定和扰动的作用给定和扰动的作用l交流电源电压的波动交流电源电压的波动(使使K。变化变化)、电动机励磁的变化、电动
15、机励磁的变化(造成造成C。变化变化)、放大器输出电压的漂移、放大器输出电压的漂移(使使K。变化变化)、由温升引、由温升引起主电路电阻的增大等等，所有这些因素都和负载变化一样，起主电路电阻的增大等等，所有这些因素都和负载变化一样，最终都要影响到转速最终都要影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。但但是是，如如果果在在反反馈馈通通道道上上的的测测速速反反馈馈系系数数a a发发生生变变化化，它它非非但但不不能能得得到到反反馈馈控控制制系系统统的的抑抑制制，反反而而会会增增大大被被调调
16、量量的的误误差。差。反反馈馈控控制制系系统统所所能能抑抑制制的的只只是是被被反反馈馈环环包包围围的的前向通道上的扰动。前向通道上的扰动。29（3)3)系统的精度依赖于给定和反系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。馈检测的精度。l如如果果产产生生给给定定电电压压的的电电源源发发生生波波动动，反反馈馈控控制制系系统统无无法法鉴鉴别别是是对对给给定定电电压压的的正正常常调调节节还还是是不不应应有有的的电电压压波波动动。因因此此，高高精精度度的的调调速速系统必须有更高精度的给定稳压电源。系统必须有更高精度的给定稳压电源。l 反馈检测装置的误差也是反馈控制系统反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的。无法克服的。30作业作业1l1.你所了解的控制系统有哪些？你所了解的控制系统有哪些？l2.衡量这些控制系统优劣的性能指标衡量这些控制系统优劣的性能指标有哪些？有哪些？31