二阶及高阶控制系统性能改善

自动控制原理授课计划教案

授课班级

总 课 时 96

已完成课时数 60

本学期课时数 96

本学期理论时数 64

本学期实训时数

作业数量 每个班 6 次 平时测验2 每个班 次

课程类型 必 修 课 校级公共课□； 专业基础课√； 专业课□

选 修 课 限选课□； 任选课□

课程评价方式 考试 √ ； 考查 □

本课程主要教学内容安排表

序号 教学主要章节或 模 块 学 时

1 自动控制的一般概念 4

2 自动控制系统的数学模型 14

3 时域分析法 18

4 根轨迹法 18

5 频率域方法 16

控制系统的校正 16

采用教材及教学大纲情况表

基本教材 教材名称 自动控制原理 主编

教材类型 规划教材 √ 自编教材□ 其 它□

出版社

参考教材 教材名称 主编

教材类型 规划教材 □ 自编教材□ 其 它□

出版社 教学大纲 实施性教学大纲： 有 □ 无 □

教学内容

增减情况

序号 周次 时

数 课 程 教 学 主 要 内 容 布置作业 教学手段

1 4 1.1开环控制和闭环控制 有 多媒体、讲授法

2 4 1.2自动控制系统中的术语和定义 多媒体、讲授法

3 4 2.1性系统的输入一输出时间函数描述 多媒体、讲授法

4 4 2.2典型环节的数学模型 多媒体、讲授法

5 8 2.3框图及其化简方法 有 多媒体、讲授法

6 4 3.1 线性定常系统的时域响应 多媒体、讲授法

7 6 3.2劳斯-赫尔维茨稳定判据 多媒体、讲授法

8 4 3.3线性系统时域响应的计算机辅助分析 多媒体、讲授法

9 4 4.1根轨迹的基本概念 多媒体、讲授法

10 6 4.2绘制根轨迹的基本条件和基本规则 多媒体、讲授法

第１４卷第１　１期　

２０１０年１　１月　电　机　与　控　制　学　报　

ＥＬＥＣＴＲＩ　Ｃ　ＭＡＣＨＩＮＥＳ　ＡＮＤ　ＣＯＮＴＲＯＬ　Ｖｏ１．１４　

ＮＯＶ．　Ｎｏ．１１　

２０１０　

双Ｂｕｃｋ型逆变器高阶系统二阶滑模控制　

陈江辉，　谢运祥，　谢涛，　公伟勇　

（华南理工大学电力学院，广东广州５１０６４０）　

摘要：在双Ｂｕｃｋ逆变器（ＤＣ—ＡＣ）基础上，为了进一步提高滑模控制的稳态精度和电流动态性　

能，提出了一种新颖的四阶系统二阶滑模控制策略。文中给出了其电路动态模型、工作原理和控制　

器的设计。仿真和实验结果表明：该双Ｂｕｃｋ逆变器带有积分环节和电流环节的二阶滑模控制器能　

减小稳态终值误差，且输出电压和电流同时具有强鲁棒性和良好动态性能，可以减弱控制系统的干　

扰和漂移。　

关键词：滑模控制：二阶滑模面：Ｂｕｃｋ逆变器　

中图分类号：ＴＭ４６　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—４４９Ｘ（２０１０）１１—００７６—０６　

Ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｕａｌ　Ｂｕｃｋ　ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ　

ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎｇ—ｈｕｉ，ＸＩＥ　Ｙｕｎ—ｘｉａｎｇ，ＸＩＥ　Ｔａｏ，　ＧＯＮＧ　Ｗｅｉ—ｙｏｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６０４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　ｄｕａｌ　Ｂｕｃｋ　ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ（ＤＣ—ＡＣ）ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　

ｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ａ　ｎｅｗ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒｔｈ—ｏｒｄｅｒ　

ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｓｅｃｏｎｄ・ｏｒｄｅｒ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｅｌ，ｏｐｅｒａｔ—　

２００７年３月　第２３卷第１期　陕西理工学　院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆｇｈａｍａｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍａｒ．２ｏ０７　Ｖ０１．２３　Ｎｏ．１　

［文章编号］１６７３—２９４４（２００７）０１—００８４一Ｏ３　

控制系统中高阶系统的简化　

胡春花　

（镇江高等专科学校电子信息系，　江苏镇江２１２００３）　

［摘要］　实际控制系统中复杂的高阶系统简化一直是控制系统中的重点和难点。本文主　要利用数学知识讨论了一种不保留极点法简化方法，与传统的保留极点法相比：精度更高，更　接近于原系统的频率响应。文章最后应用ＭＡＴＬＡＢ进行分析，比较了两种方法性能结果。　［关键词］　控制系统；　高阶系统；　简化；　低阶系统；　ＭＡＴＬＡＢ；　性能分析　

［中图分类号］　Ｏ２３１　［文献标识码］　Ａ　

通常我们研究的控制系统的瞬态响应是较为简单的一阶和二阶系统．但实际系统不是一阶或二阶　

的系统，而是高于二阶。这时就需要我们把高阶系统的响应简化成低阶系统来近似模拟，是一种非常有　

效的处理方法。通常高阶系统的简化有两种方法：一种是保留原极点的方法，另外一种是不保留原主导　

极点的方法。　

１　高阶系统保留极点简化法【ｌ】　

设某一高阶系统的闭环传递函数为　

Ｇ（ｓ）＝　，　简化后　Ｇ㈤＝　，　

这种方法是删除传递函数中不太显著的极点ｓ＝一３０。与其它极点相比，这个极点具有绝对值很大的　

负实部．它们对瞬态响应不会产生太明显的影响。　

可以看出：保留闭环主导极点的简化方法相对比较简单，但多数时候不可用，因为闭环系统没有满　

足要求的闭环主导极点。此时，我们就需用另外一种方法简化系统。　

２　高阶系统不保留极点简化法ｆＬ２】　

为了使降阶系统的频率响应尽可能地接近于原系统的频率响应，还必须有更精确的方法，这种方法　

就是不保留原系统的主导极点。这种方法目前绝大部分教材中都没有做出具体研究。　设高阶系统传递函数如式（ｉ），其中极点均位于左半平面，且ｍ＜ｒ／，，　

810 自动控制原理

大连海事大学硕士研究生入学考试大纲

考试科目：自动控制原理

试卷满分及考试时间：试卷满分为150分，考试时间为180分钟。

一、自动控制的一般概念（●掌握，◎理解，○了解。） 概念：

●自动控制，控制器，被控对象，反馈，开环和闭环控制，自动控制系统的分类和基本要求 方法及应用：

●根据控制系统工作原理绘制方块图

二、控制系统的数学模型 概念：

●时域与复数域数学模型，传递函数，结构图，信号流图 方法及应用：

●理论推导的方法建立控制系统的微分方程，典型元部件的传递函数的求取，结构图的绘制，由结构图等效变换求传递函数，由梅森增益公式求传递函数

三、线性系统的时域分析 概念：

●线性系统的性能指标，时域分析，系统的稳定性，稳态误差 方法及应用：

●掌握时域性能指标的定义，一、二阶系统的时域分析及性能指标的求取，劳思稳定判据及其应用，稳态误差的分析与计算 ◎二阶系统性能改善的方法，减小或消除稳态误差的方法 ○高阶系统的时域分析

四、线性系统的根轨迹法 概念：

●根轨迹，根轨迹方程 方法及应用：

●根轨迹绘制的基本法则，用根轨迹法分析系统，广义根轨迹的绘制与分析

五、线性系统的频域分析方法 概念：

●频率特性，幅相曲线，对数频率特性曲线，稳定裕度，三频段的概念

方法及应用：

●开环系统典型环节的分解，开环幅相曲线和对数频率特性曲线的绘制，奈氏稳定判据及其应用，计算相角裕度和幅值裕度的方法，用频率特性估算系统动态特性的方法，闭环系统的频域性能指标 ◎对数频率稳定判据，用频率特性建立系统的数学模型 六、采样系统分析 概念：

●采样、Z变换、脉冲传递函数 方法及应用：

●采样系统的特性，Z变换及脉冲传递函数概念，香农采样定理，分析采样系统的稳定性、动态特性及稳态误差。