太阳观测控制系统设计课程设计(编辑修改稿)

太阳观测控制系统设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

,s in(1 11)(h 2     tet dtn （ 10） 上升时间是指 )(ht 第一次上升到稳态值所需要的时间。 由于 )(ht 的稳态值为 1，在计算上升时间时，令 1)(h t ，可得到： drt  （ 11） 系统上升到最大值的峰值时间为： dp t （ 13） 将式（ 14）代入式（ 10），得到其峰值为： 21p 1)(h  et （ 15） 所以可以计算其超调量为： %100% 21    e （ 16） 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计 3 从理论上来说要精确计算是十分困难的，因为 )(th 曲线的收敛速度比比其包络线要快，所以可以用包络线代替响应曲线进行估算，所得结果略保守。 设误差带为  ，包络线进入误差带的时间即可认为是调节时间设误差带为 st ，则可得到： )1ln (1 2 nst （ 18） 对于  或者  ，常采用以下公式计算调节时间： %5, nst  （ 19） %2, nst  （ 20） 本次设计采取误差为  进行设计，所以调节时间用含有 K 的式子表示为： ssKKt s 0 0 0/152 0 0 0  按照最基本的单位负反馈二阶系统设计控制器， 不能满足设计的要求，所以需要加入控制环节来增大系统的阻尼比  ，以达到控制调节的时间的目的。 根据设计要求，添加比例 微分控制器或者测速负反馈控制器均能达到 增大系统的阻尼比  的目的。 下面将对这两个控制方式进行对比及选择。 选择 1— 比例 微分控制 比例 微分 控制是通过引入误差信号的倒数作为附加的控制信号，从而可以减小系统的超调量，如图 12所示 是比例 微分控制系统的结构图 ： ）（n2n 2ss E （ s ）R （ s ）C （ s ）sT d 图 12 比例 微分控制系统的结构图 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计 4 通过调整 dT 的大小，可以改变附加信号的强弱，采用比例 微分控制时系统的开环传递函数为 )2( )1()( n2n   ss sTsG dp 闭环传递函数为 2n22n)2/1(2 )1()(1 )()( nndd sTs sTsG sGs     系统的阻尼比为 ndd T  21 可见对于阻尼比为  的欠阻尼二阶系统，采用比例 微分控制时其阻尼比增加为 d ，从而使系统的超调量下降，调节时间变短。 但是 采用比例 微分控制后系统为有零点的二阶系统。 2— 测速负反馈控制 测速负反馈控制是通过引入输出量 的倒数作为附加控制信号，来减小系统的超调量，如图 13是测速负反馈系统的结构图： ）（ n2n2ss E （ s ）R （ s ）C （ s ） sK t 图 13 测速负反馈系统的结构图 通过调整 tK 的大小，可以改变附加信号的强弱，采用测速负反馈时系统的开环传递函数为 )2(1)2()(n22nsssKsssGntn 闭环传递函数为 2n22n)2/1(2)(1 )()( nnt sKssG sGs    引入测速负反馈控制后，系统的阻尼比为 ntd K  21 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计 5 可见，测速负反馈控制增大了系统的阻尼比，从而有利于减小系统的超调量。 采用测速负反馈控制后，由于闭环函数没有零点，性能指标的计算可以采用单位负反馈二阶系统的性能指标计算公式。 相比较比例 微分控制与测速负反馈两种控制方式，测速负反馈系统计算与典型无零点二阶系统性能指标的计算方式一样，比比例 微分控制分析更为简便，能满足本次设计的要求，所以采用测速负反馈控制。 当输入 单位 阶跃信号 时，系统的静态误差为 )()(limK0sp sHsG，得到 pK ，所以稳态误差 01 1ess  pK。 当输入信号为单位斜坡函数时，系统输出量的拉氏变换式为 令 ， 对上式取拉氏反变换可得单位斜坡响应 上式表明，欠阻尼二阶系统的单位斜坡响应由稳态分量 和瞬态分组成。 控制系统的误差响应为 : 当时间趋于无穷时，误差响应 的稳态值称为稳态误差，以 标志。 对单位斜坡响应其稳态误差为 : ndsscte 2ss  将ntd K  21、 K20xxn  和 K20xx/15 代入上式有 K20xx tss Ke 2222 2)12()(221)(nnttntn tn tssssssC 10  t)2s i n(112)( 2     tettc dttnnt ntntss tc  /2)2s in(    dd ttt nec)()()( tctrte )(te sse武汉理工大学《自动控制原理》课程设计 6 采用测速负反馈控制后，由于闭环函数没有零点，性能指标的计算可以采用单位负馈二阶系统的性能指标计算公式。 所以此时超调量应为 %100% 21   dde  欠阻尼二阶系统单位阶跃响应为： 10),s i n(1 11)(h d2     tet dtn 上升时间是指 )(ht 第一次上升到稳态值所需要的时间。 由于 )(ht 的稳态值为 1，在计算上。