第4章--反馈控制系统特性.ppt

1、第4章 反馈控制系统特性(Chapter 4 Feedback Control System Characteristics),4.1 开环和闭环控制系统(Open-and Closed-Loop Control System)4.2 控制系统对参数变化的灵敏度(Sensitivity of Control Systems to Parameter Variations)4.3 控制系统瞬态响应的控制(control of the Transisent Response of Control System)4.4 反馈控制系统的干扰信号(Disturbance Signals in a fee

2、dback Control System)4.5 稳态误差(Steady-State Error)4.6 反馈的代价(Cost of Feedback),4.1 开环和闭环控制系统(Open-and Closed-Loop Control System),开环控制：开环控制系统只有输入量经过一定方式影响输出量，而对输出量不进行测量，也不知它和输入量的要求究竟差多少，即输出量没有参与对系统的控制，所以这种系统称为开环控制系统。没有反馈参与的控制。即被控制量仅受控于控制量，而对控制量无反作用。闭环控制：闭环控制系统是使系统输出量参与了系统的控制，系统一旦受到扰动的作用产生偏差，就及时调整控制量，从

3、而保持输出量的恒定，所以这种系统称为闭环控制系统。有反馈信号参与的控制。控制系统包括控制量（输入 信号）、被控制信号（输出）、反馈信号（测量）、比较器、放大机构、执行机构等。,4.2 控制系统对参数变化的灵敏度(Sensitivity of Control Systems to Parameter Variations),反馈系统的优点:反馈系统的优点1：减小对象G(s)的参数变化的系统灵敏度。反馈系统的优点2：使系统的瞬态响应易于调节。反馈系统的优点3：有效地减小系统中干扰和噪声的影响。反馈系统的优点4：减小系统的稳态误差。,参数变化对输出的影响,反馈系统的优点1：减小对象G(s)的参数变化

4、的系统灵敏度。,系统的灵敏度：系统传递函数的变化率与对象传递函数的变化率之比。设系统传递函数为T(s)，对象传递函数为G(s)则灵敏度定义为：取微小增量的极限形式，则上式变成：系统灵敏度是当变化量为微小的增量时系统传递函数的变化率与对象传递函数（或参数）的变化率之比。开环系统灵敏度：1闭环系统灵敏度：若闭环系统的传递函数为：则反馈系统的灵敏度为即：当GH变化时，闭环系统的灵敏度小于开环系统的灵敏度。,当GH很大时，灵敏度约为1。H(s)的变化直接影响输出。控制系统引入反馈环节后能减小因参数变化而造成的影响，这是反馈控制系统的一个重要优点。为得到高精度的开环系统，必须非常谨慎地选择开环因子G(s

5、)，以满足设计规格要求。而闭环系统对G(s)就不那么苛刻，这是因为环路增益1+GH(s)能减小系统对G(s)变化或误差的灵敏度。,利用反馈减小灵敏度的例子：反相放大器,因为输入阻抗很大，放大器的输入电流可忽略不计(假设)，故可写出结点n的电流方程为：,运算放大器的输出电压受放大倍数A的影响；开环灵敏度是1；闭环放大器的灵敏度为：如果A=104，k=0.1，则即灵敏度幅值近似等于0.001，是开环灵敏度的1/1000。电路对反馈电阻Rf(或增益因子k)的变化的灵敏度为：可见，电路对k的灵敏度近似等于1。,4.3 控制系统瞬态响应的控制(control of the Transisent Resp

6、onse of Control System),反馈系统的优点2：使系统的瞬态响应易于调节。,开环系统的瞬态响应,闭环系统的瞬态响应,开环和闭环系统的灵敏度开环系统的灵敏度：1闭环系统的灵敏度：对km的灵敏度,开环和闭环系统的响应,4.4 反馈控制系统的干扰信号(Disturbance Signals in a feedback Control System),反馈系统的优点3：有效地减小系统中干扰和噪声的影响。开环控制系统,闭环控制系统,闭环控制系统的误差,闭环系统扰动的影响假定R(s)=0,反馈系统对反馈环节噪声的抑制噪声N(s)对输出的影响：,考虑闭环系统对干扰输入的响应和考虑灵敏度SG

7、T是一致的。,4.5 稳态误差(Steady-State Error),反馈系统的优点4：减小系统的稳态误差。稳态误差:是指瞬态响应消失后，系统持续响应的误差。,反馈控制系统能减小稳态误差的例子,4.6 反馈的代价(Cost of Feedback),增加了元器件的数量和系统的复杂性；反馈系统导致增益下降；G(s)/1+H(s)G(s)可能给闭环系统带来不稳定性；虽然开环系统是稳定的，但相应的闭环系统却可能并不总是稳定的。,反馈系统的优点减小对象G(s)的参数变化的系统灵敏度。使系统的瞬态响应易于调节。有效地减小系统中干扰和噪声的影响。减小系统的稳态误差。反馈系统的代价增加了元器件的数量和系统的复杂性；反馈系统导致增益下降；可能给闭环系统带来不稳定性；,大的增益可以减少干扰的影响,THANK YOU！,