第三章控制系统的稳定性和特性优秀课件

2)扰动输入作用 传下 递的 函闭 数 R(s环 )： 0令
T D (s) Y D ( (s s) ) 1 G c(s G )G p (p s ( )s)H (s) 1 G G p (L s ()s) (-3 4)
R(s)
E(s)
Y (s)
D(s)
Gc (s)
Gp (s)
Y (s) Gp (s)
1 G c ( s )G p ( s )H ( s ) G p ( s ) H ( s ) (3 - 9)
1 G L(s)
3）总偏差
D(s)
R(s)
E(s)
Gc (s)
Y (s) Gp (s)
B(s) H (s)
D(s) 1
Gp (s)
E(s) H (s)
Gc (s)
E (s ) T R (s E )R (s ) T D (s E )D (s ) R (s ) 1 G p ( G s ) L H (s ( ) s )D (s )(-3 10
3.2.2 闭环传递函数 1 )给 定 输 入 作 用 传下 递的 函闭 数环 ： 0令 D ( s )
T R (s) Y R ( (s s) ) 1 G G c( c( ss )G )G p ( p ( ss )H )(s) G 1 c (s G )G L ( p s () s) (- 3 3)
1）开环控制基于对被控对象进行补偿的原理来实现控制 ，以 Gc(s)Gp(s)=1为理想要求。
2）反馈控制的原理是基于偏差来产生控制作用。反馈控制系统的 控制器也称为串联校正装置，其输入为偏差信号。
3）若控制器的输入是系统的偏差信号，则为串联校正装置，若直 接为参考输入信号，则为开环控制器。
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数
闭环传递函数各表达式的公共分母多项式均为：
1 G c (s )G p (s )H (s ) 1 G L (s )
特征多项式方程：
1G L(s)0 (3 -11) 若考虑多项式有理分式形式 G L (s)K gN L (s)D L (s)
特征方程 (s)可 D L(s)写 KgN 为 L(s)： 0 (3 -12)
R(s)
E(s)
Y(s) D(s)
Gc (s)
Gp (s)
B(s) H (s)
Y (s) Gp (s)
Gc (s)
H (s)
闭环是实现了负反馈还是正反馈由信号B(s)进入相加点的符号和 GL(s)的符号共同决定。闭环系统可能是负反馈系统，也可能为 正反馈系统。
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数
第三章控制系统的稳定性和特 性
第三章 控制系统的稳定性及特性
3.1 引言 3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数 3.3 闭环系统的稳定性 3.4 反馈控制系统的特性 3.5 复杂反馈控制系统的基本结构及其特性 3.6 利用MATLAB分析系统的稳定性及特性 3.7 小结
3.1引言
本章知识体系
控制系统的结构 及其传递函数
利用MATLAB分 析系统的稳定
性及特性
反馈控制 系统
复杂反馈控制 系统的基本结 构及其特性
闭环系统的 稳定性
反馈控制系 统的特性
3.1引言
一般来讲，根据应用的需求或者对象本身的特性，被 控对象既可以是稳定的也可以是不稳定的。
反馈控制系统的典型结构和常用传递函数。 如何系统稳定性定义？ 什么样的系统才是稳定的系统？ 反馈控制系统的特性如何？有什么优势？
开 环 控 制 系 统 的 传数递就函是
R(s)
反 馈 控 制 系 统 前 向的通传道递 函 数 ：
GF
(s)
Y(s) R(s)
Gc (s)Gp (s)
(3- 2)
E(s) Gc (s)
Y (s) G p (s)
B(s)H (s)
H(s)1时：称为单位 时G反 L(s)馈 GF， (s) 此
开环控制系统的控制器与反馈控制系统的控制器都串联在控制 系统的前向通道中，其区别在于：
NL和DL和均为首一多项式，即最高阶系数为1，而Kg称 为开环增益。
3.3 闭环系统的稳定性
系统能否工作及工作状态如何？ 1、能够工作：稳定性(稳) 2、反应能力：动态特性(快) 3、工作效果：稳态特性(准)
3.3 闭环系统的稳定性
3.3.1 稳定性的概念和定义 1.系统稳定性一般概念可表述
假设某一有界外部干扰输入瞬间作用于一个处于平衡 状态的系统，并且导致其偏离平衡状态。若在瞬间干扰消 失后，系统最终能够回到原来的平衡状态，则称该系统是 稳定的，否则，称该系统是不稳定的。
B(s) H (s)
Gc (s)
H (s)
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数
参考输入和干扰输入同时作用下系统的总输出：两种情况 的线性叠加结果为
TR(s)R(s)Gc(1s)G G p(Ls()sR )(s)
TD(s)D(s)G1p(sG)L D((ss))
Y ( s ) T R ( s ) R ( s ) T D ( s ) D ( s ) G c ( s ) G p ( s 1 ) R G ( s L ) ( s ) G p ( s ) D ( s )(- 5 3
1
(3 - 8)
1 G L(s)
D(s)
R(s)
E(s)
Gc (s)
Y (s) Gp (s)
B(s) H (s)
R(s)
E(s)
H (s) G p (s) Gc (s)
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数
2）干扰输入D(s)作 用下的偏差传递函数
E (s) T DE ( s ) D ( s ) G p(s)H (s)
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数
典型的反馈控制系统 如右图所示。
3.2.1 开环传递函数 系统开环传递函为数：定义
B(s) GL(s)R(s) Gc(s)Gp(s)H(s) (3-1) 将反馈通道H输 (s出 )的 断开后, 前向通道传递反 函馈 数通道传递函数
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数
3.2.3 偏差传递函数
偏e( 差 t)给 定 输 r(t) 入 主 信 反 号 馈 b(t)信 (3 -6号 ) 其 拉 普 拉E ( 斯 s)R 变 (s)换 B (s)（ 为 3-7） ：
1）参考输入R(s)作 用下的偏差传递函数
E (s) T RE ( s ) R ( s )
1
1 G c ( s )G p ( s )H ( s )