利用工程整定法确定PI控制器的参数其中输入信号为阶跃信号Ws=523500s^3+8735s^2+10470s
- 确定系统传递函数
根据题目中给出的系统传递函数W(s),可以得到其阶数为3,因此该系统为三阶系统。
- 确定系统稳态误差
由于输入信号为阶跃信号,因此系统的稳态误差为0。
- 设计PI控制器的参数
首先,根据工程整定法,需要确定系统的临界增益Kc和临界周期Tc。
根据经验公式,可以估算出系统的临界周期为:
Tc ≈ 1/(0.9 × ωgc)
其中,ωgc为系统的临界频率,可以通过计算系统传递函数的根来得到。根据MATLAB的计算结果,系统传递函数的三个根分别为:
s1 = -43.6755 + 88.2763i s2 = -43.6755 - 88.2763i s3 = -0.9990
因此,系统的临界频率为:
ωgc ≈ 88.2763 rad/s
代入上述公式,可以得到:
Tc ≈ 0.0115 s
接下来,根据工程整定法的经验公式,可以确定PI控制器的参数:
Kc = 0.6 × Kp Ti = 0.5 × Tc
其中,Kp为比例增益,Ti为积分时间常数。
根据经验公式,比例增益Kp可以通过试错法来确定。首先,将Kp设为一个较小的值,例如1,然后观察系统的响应。如果系统的响应过冲较大,就将Kp减小;如果系统的响应过冲较小,就将Kp增大。通过反复试错,可以找到一个合适的Kp值。
在本题中,我们可以通过MATLAB来模拟系统响应,进行试错法确定Kp值。通过多次尝试,可以得到一个较为合适的Kp值为:
Kp = 1.5
根据上述公式,可以计算出PI控制器的参数为:
Kc = 0.6 × 1.5 = 0.9 Ti = 0.5 × 0.0115 = 0.00575
因此,PI控制器的传递函数为:
Gc(s) = (Kc × (1 + 1/(Ti × s))) = (0.9 × (1 + 1/(0.00575 × s)))
- 模拟系统响应
通过MATLAB可以模拟系统的阶跃响应,以验证PI控制器的参数是否合适。具体步骤如下:
(1)定义系统传递函数W(s)和PI控制器传递函数Gc(s):
W = tf([523500], [1, 87.35, 10470, 0]) Gc = tf([0.9*0.00575, 0.9], [0.00575, 0])
(2)将系统传递函数和PI控制器传递函数串联起来,得到闭环传递函数:
Gp = feedback(W * Gc, 1)
(3)绘制系统的阶跃响应曲线:
step(Gp)
通过观察系统的阶跃响应曲线,可以判断PI控制器的参数是否合适。如果系统的响应过冲较大,说明Kp过大;如果系统的响应时间较长,说明Kp过小或Ti过大。通过反复调整PI控制器的参数,可以得到一个较为合适的控制效果。
综上所述,可以通过工程整定法确定PI控制器的参数,以使系统能够满足给定的控制要求
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