控制系統穩態誤差與直流增益以及積分控制器之關連

B0  2016年 05月23日 9:21


本專欄繼續簡介具有穩定性之控制系統的穩態誤差特性。試考慮一個單位負回授線性控制系統並假設控制系統輸出穩態誤差的來源計有輸入參考常數命令R、系統外部的未知常數干擾D以及感測器的未知常數誤差Z。由線性系統的疊加性原理可求得控制系統輸出Y(s)對輸入參考命令、外部干擾以及感測器誤差之系統轉移函數分別為T(s)=Y(s)/R(s), W(s)=Y(s)/D(s) 以及 Y(s)/Z(s)= -T(s)。控制系統穩態誤差 ess = R - yss = (1-T(0))*R + W(0)*D - T(0)*Z為各項直流增益之和。

令回路轉移函數L(s) =C(s)*G(s),其中G(s)為被控系統及感測器以及C(s)為控制器。若回路轉移函數L(s)含有積分項,則開回路直流增益L(0)為無窮大以及T(0) =L(0)/(1+L(0) = 1;因此 ess = W(0)*D - Z。更進一步,若控制器C(s)含有積分項,則控制器直流增益C(0)為無窮大、T(0) = 1以及W(0) = G(0)/(1+C(0)G(0)) = 0;因此 ess = - Z,亦即控制系統可自動排除外部未知常數干擾。

有關控制系統輸出響應之穩態誤差有下列3點結論。
結論1:若回路轉移函數含有積分項,則輸出響應對輸入參考常數命令之穩態誤差為零。
結論2:若控制器含有積分項,則輸出響應對外部未知常數干擾之穩態誤差為零。
結論3:控制系統之輸出響應無法排除感測器的未知常數誤差,因此控制精度低於或等於感測器的量測精度。
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B1  2019年 09月19日 17:39


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