船舶动力定位参数辨识
对船舶数学模型的各个推进器参数进行系统辨识，具有实际价值李文华,等:船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究针对动力定位技术的发展,我国研究人员也进表1离散时间摘要扩展卡尔曼滤波行了积极有益的探索。文献[]用固定增益的卡尔f(k+1)=F((k),(k)+vw(k)曼滤波估计低频运动,而高频运动则用一个参数模系统模型量测|/(k)~N(O,Q(k》)x(k)=H((k)();型来模拟,并用递推增广最小二乘法来估计参数,从u(k)-N(0,Q(k)而估计出船舶的髙频运动。通过控制计算和模拟试初始情况1(0)+5np(0)=验取得了良好的效果。文献[12]提出了水面舰船动力定位控制系统模型参数的离线最速下降寻优的状态估计传递|(k+1)=F((k),()误差协方差传递辨识方法,提高了动力定位系统研制过程的工作效P(h+1)=(h)P()(k)+r(kQ(k )r(k)率。文献[13]在建立船舶三维几何模型基础上,对K()=P(k)HT(k)H()(kH()+R()]-满载船舶从浅水40m到深水500m的水动力系状态估计更新)=()1)((数进行数值计算。利用三维线性势流理论在频域误差协方差更新P)=kk)H(FLK)H()y里研究船舶在浅水中的辐射问题,应用三维源汇分K()R(k)K(k)布法对不同水深下船舶运动的水动力系数,包括附定义φ(k)=0()JH(-)加质量和阻尼系数进行数值计算与分析,得出了有(k)H(k)=0(k)限深水域的附加质量和阻尼系数的渐进特性。文献14]考虑具有修正PM波谱的长峰不规则浪,基于尾部隧道式侧推m,艏部隧道式侧推,艄部方海浪幅值响应算子(RAO研究了船舶在海浪中的六角式推进器。质量阵M可利用文献9]里介绍自由度运动预报模型。为了有效地量化海洋环境对的 Strip Theory计算得到:动力定位船舶的作用,文献[5提出了海洋环境负从/1127400018902-00744载(包括风、海浪和海流)的建模方法,并运用00.07440.1278MATLAB的M文件和SIMUⅠNK分别编制了风干为了得到需要辨识的量需重复进行3项(每项扰力和力矩计算及随机海浪的仿真程序。在三级海2次,共6次)海上试验,以此提高参数估计器的收况下,实现了对海洋环境的仿真,得到了合理的仿真敛性和表现。具体如下结果。文献[1]考虑到船舶的动态特性存在固有的第1项:解耦了的纵荡运动。船舶仅依靠主螺强非线性以及非线性控制改善系统性能和鲁棒性的旋桨山和实现恒速前进,艏向通过艏侧推控制。能力,将非线性控制理论应用到船舶动力定位控制第2项:结耦了的横荡与艏摇运动。通过三个隧道系统的设计中,对某供应船的计算机模型进行仿真,式推进器砌、4、实现两次结耦了的横荡与艏摇运验证了非线性控制系统是有效的。文献[17]提出并动。第3项:在结耦的横荡与艏摇运动中得到方位验证了基于线性核函数在线支持向量回归的模型预角式推进器u的推力系数K6测控制方案。在线支持向量回归算法的引入可以通第1项是为了计算主螺旋桨的推力系数K1和过在线调整,确保预测模型的精确性。Xa,需要的输入量是X本文中X的计算方法是利22船舶数学模型参数辨识用文献[19]里介绍的切片法。第2项是为了计算结文献[18]讨论了使用两个并行测量序列来估计耦了的横荡与艏摇运动的参数数值,可以辨识出的动力定位船舶模型参数的离线并行扩展卡尔曼滤波向量为[ YYNNK3K5]第3项是为了计算全方器算法(O- line parallel extended Kalman filter位推进器的推力系数K6( EKF) Algorithm),见表1。最后采用一项以供给船使用动量方程来代替标准动力学方程,不仅可为对象的全尺度的海上试验来验证提出的参数估计以显著提高状态和参数估计器的性能还具有以下器的收敛性和鲁棒性。优点:实验对象以挪威ABB公司的“ Far Scandia”号供(1)增加数据冗余度;给船为原型。该船总长762m,船宽18:8m,型深(2)降低量测噪声;825m,吃水625m,净吨位4200t,主发动机功率(3)降低环境干扰;3533kW。推进器配置左右舷两个主推进器u1、l2,(4)增加数据记录长度第23卷第3期(总第135期)船羔vd.23N.3012年6月shiP boatJune, 2012(5)以对参数分批进行辨识等手段提高参数辨风。将风速分量定义为识的精确度。L=v,cos(ψ图2显示了实验辨识得到的A和。其中A包(5)W V sin(B-0)含的待求未知量[XyYM而R包含的待求末式中和v分别为风速在X轴和Y轴的分量;v知量是[kk2k3k4k5k6]。和月分别表示风速和风向。如图1所示。假设风速远大于船速,风在纵荡、横荡和艏摇方向的负荷向量可表述为As elements.pAcM(o)V, IV0.5p.A_C-(r )V,V6)0.SpA,Lo C(rm)VV.式中,风的相对角为y=ψp为空气密度,单位e号为kgm3;Lm为船舶总长,单位为m;V为相对风速,103K elements单位为kn;A-和A为正投影面积和侧投影面积,2015单位均为m2;C(y)Cn(y)和C(4)分别为纵荡横荡和艄摇方向的无因次风系数,是通过 Isherwood半经验公式得到的。00003,波浪扰动数学模型波浪干扰力一般分为两种:一种是一阶波浪干图2实验辨识得到的参数曲线扰力,也称高频波浪干扰力。这是在假设波浪为微幅波,未引起船舶大幅摇荡的情况下,认为船舶受到经实验辨识出的动量方程中的量:与波高成线性关系并且与波浪同频率的波浪力。另0.03180种是二阶波浪力,也称波浪漂移力该波浪力与波A000602006l8高平方成比例。0.0075_0.2454这种具有高频率小振幅振荡特性的波浪所产生K=103ding([93,93,20,2.0,28,26]的一阶波浪干扰力最主要是引发船舶的纵摇和垂荡经过计算公式D-M得到运动,对横摇的影响稍次之,而对横荡及艄摇运动的002820影响相对来说就小一些。至于具有慢时变特性的二00.0130475900.081419676阶波浪干扰力,本身同时又是非线性的,它仍然和波写成动力定位模式下的状态空间表达式为:浪的频率有关。波浪的二阶漂移力不但会改变船舶元=AU+Bx(4)疔的航向和航迹,尤其对于在锚泊状态下船舶位置的移动及钻井平台的动力定位系统的工作等均有式中A=MA4M,并且B=MTK。其数值表达式为:重要影响00318000.062800030下面介绍一种估算二阶波浪漂移力方法。19740.0046-0.2428年, Newman提出一种应用频域波浪漂移力系数的0008200082000估算方法。通过把波谱(通常选用PM谱)分为N0∞505-069000108等份,每份有相对应的波浪频率m和波幅A。这样波浪漂移力对横荡、纵荡、艏摇运动的作用力计算公3环境扰动数学模型式为131风扰动数学模型A,(T(W,B=-y)1(W+)风的作用可分为平缓变化的风和快速变化的李文华,等:船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究[5] Fossen T L. Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and式中,T()x0是频域波浪偏移力公式fB是平均Motion Control[M]. Wiley Sons Ltd, 2011: 81-83.波浪方向:是随机的相角。[6] Balchen J G, Jenssen N A, Saelid S Dynamic Positioning可以通过对本估算式进行改变,以避免在数值Using Kalman Filtering and Optimal Control Theory[C]/上产生无物理意义的高频分量。还可对本式进行扩Proceedings of IFAC/IFIP Symposium on Automation in展,用来包括波浪蔓延( wave spreading)。Offshore Oil Field Operation Norway 1976: 183-18633海流扰动数学模型[7]Balchen J G, Jenssen N A Mathisen E, et al. Dynamic作用在海上动力定位船舶上的海流具有方向和Positioning System Based on Kalman Filtering and OptimalControl[J]Modeling, Identification and ControL 1980, 1(3)速度的特征,研究中一般不考虑在大地坐标系下铅135-163垂方向运动。海流分为恒定流和潮汐流。恒定流一般[8] Strand JP, Fossen t inonlinear Passive Observer Design为固定方向和速度的海流,如洋流。潮汐流指海洋for Ships with Adaptive Wave Filtering, In: New Directions因为潮汐运动而引起的海水流动,其典型的表现为in Nonlinear Observer Design(Nijmeijer H, Fossen T L)海流方向的缓慢变化。但对于动力定位来说,海流[M].London: Springer-Verlag London Ld, 1999: 113-134的大小与方向可以认为是确定的,所以海流的模型[9] Guttorm t, Jerome J, Fosset I. Nonlinear Dynamic可以统一按照大小和方向恒定来确立。流的速度分Positioning of Ships with Gain-Scheduled Wave Filtering量表示为5:[C]//The Proceedings of 43rd IEEE Conference orL=V2cos(ψ)Decision and Control, Atlantis, Paradise Island, BahamasDecemher2004:5340-5347ve=y sin(8-n)式中:和v分别为流速在X轴和y轴的分量;V10 i Do K d. Global Robust and Adaptive Output FeedbackDynamic Positioning of Surface Ships[C]/The Proceedings和月分别代表流速和流向。如图1所示。of 2007 IEEE Internati在此没有考虑第摇方向的流速,而海流对水面Automation. Roma, April 2007: 10-14船舶的作用可以通过将各海流速度分量引人到船的1]王晓声船舶动力定位系统设计及试验研究门J国造运动方程中由相对速度向量v=[u-,-a,r丁体现。船,1991(3):12-21[12]边信黔,严渐平,施小成船舶动力定位系统参数辨识4结论方法的研究[J]船舶工程,19994):36-38[13]姜哲,石珦,王磊动力定位船舶水动力参数数值试验本文讨论了船舶及推进器动力学数学模型与船研究[门]实验室研究与搡索,2005(12):14-17.舶外界环境干扰因素数学模型的建模策略。通过对14]李文魁张博田蔚风等.一种波浪中的船舶动力定位已有研究方法的分析研究与总结,有助于建立适用运动建模方法研究[]仪器仪表学报,2007(6):1051于各种海况和操作模式的船舶动力定位系统非线性数学模型。[15]施小成王元慧船舶动力定位海洋环境的建模与仿真J,计算机仿真,2006(11):237-239[16]刘芙蓉陈辉基于非线性控制理论的船舶动力定位控[参考文献制系统的数学模型[〕船海工程,209(5):92-95[1]杜佳璐,张显库汪思源,等船舶动力定位系统的自适[17]邓志良,胡寿松,张军峰船舶动力定位系统的在线模应非线性控制器设计[ C]/proceedings of the2 g chinese型预测控制[门中国造船,2009(6):879Control Conference. Beijing, 2010: 585-589.[2]周利,王磊,陈恒动力定位控制系统研究[船海[18] Fossen T I.Identification of Dynamically Positioned Shipe[].Control Engineering Practice, Volume 4, Issue 3, March程,008,37(2)86-911996:369-376[3]马超庄亚锋陈俊英船舶动力定位系统技术[J中国[19] FaltinsenO M Sea Loads on Ships and Oishore Structures造船,2009,50(增刊):52-57[4]贾欣乐,杨盐生船舶运动数学模型机理建模与数学建[M].Cambridge University Press, 1990:41-45模[M]大连大连海事大学出版社,199:294-356船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究旧WANFANG DATA文献链接作者:李文华,杜佳璐,张银东,宋健,孙玉清,陈海泉, LI Wen-hua, DU Jia-luZHANG Yin-dong, SONG Jian, SUN Yu-ging, CHEN Hai-quan作者单位李文华,张银东,宋健,孙玉清,陈海泉, LI Wen-hua, ZHANG Yin-dong, SONG Jian, suN Yu-qing, chen Hai-quan(大连海事大学轮机工程学院大连116026),杜佳璐, DU Jia-lu(大连海事大学信息科学技术学院大连116026)刊名:船舶英文刊名:Ship boat年,卷(期):2012,23(3)参考文献(19条1. Balchen J G; Jenssen N A; Mathisen E Dynamic Positioning System Based on Kalmon Filtering andOptimal Control 1980(03)2. Balchen J G; Jenssen N A; Saelid S Dynamic Positioning Using Kalman Filtering and Optimal ControlTheory 19763. Fossen T I Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control 20114贾欣乐;杨盐生船舶运动数学模型机理建模与数学建模19995.马超;庄亚锋;陈俊英船舶动力定位系统技术2009(增刊)6.周利;王磊;陈恒动力定位控制系统研究[期刊论文]船海工程2008(02)7. Faltinsen 0 M Sea Loads on Ships and Offshore Structures 19908. Fossen t I Identification of Dynamically Positioned Ships 19969.邓志良;胡寿松;张军峰船舶动力定位系统的在线模型预测控制2009(06)10.刘芙蓉;陈辉基于非线性控制理论的船舶动力定位控制系统的数学模型[期刊论文]船海工程2009(05)11.施小成;王元慧船舶动力定位海洋环境的建模与仿真[期刊论文]计算机仿真2006(11)12.李文魁;张博;田蔚风一种波浪中的船舶动力定位运动建模方法硏究[期刊论文]仪器仪表学报2007(06)13.姜哲;石珣;王磊动力定位船舶水动力参数数值试验硏究[期刊论文]实验室硏究与探索2005(12)14.边信黔;严浙平;施小成船舶动力定位系统参数辨识方法的硏究[期刊论文]船舶工程1999(01)15.王晓声船舶动力定位系统设计及试验研究1991(03)Do K d Global robust and Adaptive Output Feedback Dynamic Positioning of Surface Ships 200717. Guttorm T; Jer(o)me J; Fossen T I Nonlinear Dynamic Positioning of Ships with Gain-Scheduled WaveFiltering 200418. Strand J P; Fossen T I Nonlinear Passive Observer Design for Ships with Adaptive Wave Filtering19.杜佳璐;张显库;汪思源船舶动力定位系统的自适应非线性控制器设计2010本文链接http://d.g.wanfangdata.comcn/periodiCalcb201203011.aspx
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现代控制理论 绪方胜彦
这是一本非常经典的控制方面的书，值得控制专业的人看看。3.2闭环系绕的方块图(58)333开环传递函数和前向传熄函数59)3,3,4闭环传递函数…""r5935扰动作用下的闭环系统……(59)336画方块图的步骤……………………………………………………………(60)3.3.7方块图的简化……………61)34.状态空间棋型………633.4.1现代控制理论P曾中■■■曾晋■冒■t曾4冒留634.2现代控制理论与传统控制理论的比较…………·■會t■曾■1曾■曾··曾?(6334.3状态"■量■■…………………(63)3.4.4状态变量加■鲁■p■b…(63)3.4.5状态向量…………""…"”TT………………(64)34.6状态空间∵……………………………………"…r………………………(64)34.7状态空间方程…………………………………………………………(64)34.8传递函数与状态空间方程之间的关系……""………{67)34.9传递矩阵………………………………………(69)35动态系统的状态空间表达式………〔69)3.5.1线性徽分方程作用函数中不包含导数项的n阶系统的状态空间表达式693.5,2线性徽分方程作用两数中包含导数项的n阶桑统的状态空阔表达式………………(71)3.6机减系统…幽幽■■……………………………(73)36.1质量…………………………………(74)36.2力中k■bd·tb■■。■hd昌h日b日■…(75)36.3说明………………………………………………………(75)3.64忧械系统(75)3.7电气系统(79)3.7.1LRG电路……………………(80)3.72复阻抗1『甲■■(803.73状态空闯表示…(81)3.74串联元件的传递函数…"…"……………"…"(823.75无负载效应串联元件的传递函数■4■p■p电动■■p●申自■电伽d■……………(83)3.8液位系统………………………(84)3.8.1液位系统的液阻和液容…,…,……,(8438.2液位系统B··d看+!F4日卓中中··■甲宁·日·早……………………(86)38.3相丘有影响的液位系统即B*自日·日·日■·■●·■■■。■。pdψbψhpdb晶■■■dbh■备■“■■■备(87)3.9热力系统………:(88)3.9.1热阻和热容893.92热力系统………………………………………………”…………(89)3.10非线性数学模型的线性化电t中自自■P■■唱■。■91)3.10.1非线性数学模型的线性近似………………………………………(91)Ⅷ3.10.2液压何服系统的线性化·.··.s:中命··。·咖■■要申中中血血··血唱自咖92)例题和解答………………………………………………(95)习题………………………………………………………………………(117)第4章瞬态响应分析4.1引言…■■·鲁■·■■……………………(124)4.1.]典型试验信号.(124)4.【.2瞬态响庇和稳态响应(1244.13绝对稳定性、相对稳定性和稳态误差h■卜■■嚼P自↓h■■4■q『■申曾q鲁『吾P1【會鲁P中·PP曾早目·日·擊中124)本章要点(125)4.2一阶系统(125)4.2.1阶系统的单位阶跃响应·吾B备日吾号目备B■日吾日中吾日『目·即■电中會■·日电中中P■·中目p目■■(125)4.2,2一阶系统的单位斜坡啊应…■■■命■■■b■自命■■■……………………(l27)4.23一阶系统的单位脉冲响应“(128)4.24线性定常系统的重要特性……………………………………………(128)4.3二阶系统画■■■mpq甲b■4.3.1直流伺服马达…………………………(」31)4.3.2同服系统■■■↓■■■L■昌L■↓L■↓L■↓■■↓晶↓■郾↓■↓昌■唱■■↓■■看…(131)4,3,3负载对伺服马达动特性的影响■"44L.··°·4··p.4日·■(134)4.3.4二阶系统的阶跃响应……(134)4,3,5瞬态响应指标的定义(1374.3.6关于瞬态响应指标蚋几点说明……4(139)4.3.7阶系统及其瞬态响应指标:hdh==如如d吾■■亠如139)4.3.8带速度反愤的何服系统…↓亠↓L↓■↓■■LL■甲喜自■卩■司甲4●db■4,3,9二阶系统的酥冲响应4.4用 MATLAB进行瞬态响应分析…………………………………………(1474.1引言…………………………………………………………………(147)44.2线性系统的 MATLAB表示■即■…………………(147)4.4.3传递函数系统单位阶跃响应的求法…………(148)4.4.4在图形屏幕上书写文本…………………………咖■●■·■■●■■■■bdp■■■如k晶■晶司■■■冒h152)4.4.5脉冲响应■幽■·●■■口血■甲■甲……·(15244.6求脉冲响应然另一种方法■b山…………(155)4.4.7斜坡酝效■昌L■■■■■■■■■L■■■■冒?上……(157)4.4在状态空间中定义的系统的单位斜玻响应………………………………………(158)4.49对初始条件的响应(传递函数方法)■■■■■■■山■晶■b■晋b山4.4.10对初始条件的响应(状态空间方法情况1)…………(162)4.4.1l对初始条件的响应(状态空间方法,情况2)…………………………(16345用 MATLAB解题举例_警冒晋日P冒中吾冒q晋個…(165)4.5.1机械振动系统(165)4,5,2计算机仿真(连续时同方法}…t………………………………(168)M4.53计算机仿真《离散时间方法)·…例题和解答(73}习题………(192}第5章控制系统的甚本控制作用和南应L■………………(196)5.1引言(196)5.2基本控制作用p司■(196)52.11业控制器的分类“…+4L昌■■4b亠』L■↓“■■L■L■■■品昌↓■k↓昌■↓■昌522自动控制器,执行机构和传感器(测量元件)………■·■■■自自·血■(197)523自操作控制器……………195.2.4衩态或继电器型控跏作用(198)5.2,5比例控制作用……………………………(199)5.26只分控制作用……………(2005.27比例积分控制作用5,28比例徵分控制作用品日4日吾4品日4………(201)529比例-加积分加微分控制作用……………………!…,"!(2015.21传越器(测量元件〕紂系统性能的影啊……………………(202)53积分和微分控制作用对系统性能的影响…………(203)5.3.1积分控制作用(2035.3.2液位控制系统的积分控制(204)53,3对转矩扰动的响应(比钢控制)……n534利用MAAB求响应………………………………(2陌)535对转矩扰动的响应(比侧加积分控制)…………………………*(207)5.36分控制作用2095.37带惯性负裁系统的比例控制………………0095.38具有惯性负载系统的比例--徽分控制■■↓■晋h■■↓■昏b■h■■+■晋■■晋■昏·画;b(209)539二阶系统的比例加微分控制………………………………………………………(210)5.4高阶系统(211)4.1套阶系统的瞬态响应分析………………………………………………………(2ll54.2闭坏主导极点■中▲■■■↓·;■↓■k昌■■·■』■■■■q昌昌■■即■↓■口是即自↓■……………………(213)54.3复平面内的稳定性分析…(213)55劳斯稳定判据……_p·…………………(215)5.5.1劳斯稳定判据简介…(215)5.5.2特殊慒祝………………………s…………………………(217)5.5.3相对稳定性分析…………(219)5.5.4劳斯稳定判据在控制系统分析中的应用……219)56气动控制器…即即上命聊(225.6.1气动系统和液压系统之间的比较(2205,6、2气动乐统·+4·(21}5,6,3压力系统的气阻和气容……………………s……(22l1)64压归系统(222)5.6.5气劲喷嘴-挡板放大器Lb可·+Lqb命(223)566气矿接续骺………(224)56.7气动比例控制器(力-距离型(225)568气动比例控制器(力平衡型)………甲中幽自司b电血■即…………(228)569气动执行……會■『冒冒口■斷『T■■P■骨■冒會TtP■…………………(229)5.6.10获得徽分控制作用时基本原理………………………………(230)56.11获得气动比例抓积分挽制作用的方法(232)56.12获得气动比倒如积分如微分控制作用的方法上■雪會曾·『中平曾會會會(234)5、7液压控制器(2355.7.1液压系统……(235)5.7.2液压系统的优缺点……………”…(235)5,73说明……-………………………(25)5.74液压积分控制番…(235)575液压比例控制器……………(237)5.76级冲器■L■■■I(238)57.7获得液压比倒加积分控制作用的方法………………(2405.78获得液压比例加黴分控制作用的方法(24158电子控制器(242)5.8.1运算放大器吩■ P Pk J即pbmm……(242)5.8.2反相放大器……………+……………………(243)58,3非反相放大器…………………………………(243)5.8.4求传递函嫩的阻抗法……2465.8.5利用运算放大器构成的超前或滞后网络………■鼻■■■昏昌■■■L■晷■(246)5.86采用运算放大器的PD挽制器……h口口■b口■■…(24859正弦响应中的相位超前和相位滞后……………(2495.10单位反馈控制系统中的稳态误差……(253)5.10.1控制系统的分类………………………………………………………(2535.10.2稳态误差……………………………(253)513静态位置误差常数K…254)5.104静态速度误差常数E……………………(255)5.10.5静态加速度误差常数K……………………(256)5,10,5小结…………(257)5.10.7开环控制系统与闭环控制系统中稳态误差的比较………………………(258)例题和解答(259)习题(285)第6章根轨迹分析294)6.Ⅰ引言中4L昌qb中↓昌↓↓d■↓■昌■■「昌品■■冒(294)6.1.]根教迹法294)6.1.2章要点■■冒冒↓矗■■■晋P■1P■·甲■↓昏冒甲甲11晋曾甲【■■·■■■『平甲口暑甲■冒(295)62根轨迹图■t血●…(295)6.2.1辐角和幅值系统q昌qp中▲L晶mdb4L(295}6,2.2示例………………………………297)6.3根轨迹作图的一般规则■·■■冒血■上■■"■口■1■『曾曾··P平俨中(305)6.3,1作根轨迹图的一般规死·…(306)6.32关于根轨迹图的说明30963,36(g)的极点与Hs)的等点的抵消-……(3106.3,4典型的极零点分布及其相应的根轨迹…■■■↓■■■■L■(311)6.3.5小结……(31264用 MATLAB作根凯迹图………(32)6.5特殊情况··b44如吾b4+吾=如6.5.1变量参数不以乘法因子形式出现时的作根护迹的方法(3226.5.2正反馈系统的板轨迹(326)6.6控制系统的根轨迹分析…30)66.】根轨迹与定常增益轨迹的亚交性……………………(306.6.2条件稳定系统晶■↓↓晶■■噌晷郾↓■■司鲁■即■■即330)663非最小相位系统…(332)具有传递延迟的系统的根轨迹∴……(332)68根轨迹族曲线……即司●中自q中■血↓自咖d·口司D即自■……(336)例题和解答…■q聊d■●■wφh哂看■■■■甲ψ画讠■晋■■■h■晶h■↓■冒h(340)题………-……4(370)第7章控制系统设计的根轨迹法…………………………………………(375)7.l引TP『4中自曾中l“■■■中■■…………:…41(375)7.1.1性能指标………(375)7.2系统的校正■凸■■■■■看■■曾■番↓■警b■h■冒鲁语■■昏鲁十画■P■375)7,1,3串联校正和反馈或并联)校正……………4(375)7.1.4校正装置………………………………………………"……(3767.15设计步骤……·(3777.16本章要点…………………………………………………(377)了2初步设计研究…如吾b4.+4备·"日b4日………………(37772.1控制系统设计的根轨迹法………………·(37872.2增加概点的影响…日日即·中(378)7.2.3增加零点的影响……………………………………"…………(378)7,3超前校正………………………………………………………(379)7.3.1超前网络(3797,32基于根靴迹法的超前校正技术…P自中■■■中(3807.3.3说明………■■↓b福h■■h■昏↓■4h■■4■冒PP■(3857.3.4校正与未校正系统阶联响应的比较……………(3857,4滞后校止………………………(387}74.1●采用运算放大器的电子滞后饺正装置…………,……………(387)74.2应用根轨迹法进行滞后校止……↓■ IJd·d●◆■q·甲·甲■晶■吾■■『·(387)7.4.3用根轨迹法进行带后校正设计的龙骤·即4·bdb■■■+日P中中自·b■……………(38875滞后超前校正……………T冒『·冒4(3957.5.1利用运算放大器构成的电子滞后-超前校正装置7.52基于根轨迹法的淠后超前校下方云……………………………(396例题和解答(405)习题…(433)第8章频率响应分析…看■■■■…(438)8.1小言女_备吾“···*".·""""··P+“8.1.1系统对正弦输入信号的稳态输出备如A如4吾日.甲甲.·昌………∴…(438)81.2用图形表示频率响应性■d■■↓■……,(439)8.13本章要点…………………(439)8.2伯德图甲山日古B4+日··日·日·自咱D中‘■日十F(40)8.2.1伯德图或对数坐标图↓■}■画▲■■晶■■■『P■『"4··▲■备■■4■昏(443)822G(})H(c)的基本因子……………………41(4408.2.3增益K……"………………………(440)积分和徽分因子(〕441)82.5一阶因子(1+7)…一↓■■↓■■∵……(442826二阶因子[L+2(/mn)+/ex)2]+1………………………*………827谐振频率u和谐振峰值Mb■b■督■■冒P冒q甲…·(448)82.8绘制伯德图的一般步骤士晋晋晋!p……………·(449)82.9最小相位泵统和非最小相位系统rp*4+·〓如山血■日■P自噜中·■■·日■唱···(451)8.2.10传递延迟………〔452)8.2.11系统类型与对数幅值曲线之间的关系…(4548,2,12静态位骱误兼常数的确定-……,,……(454)82.13静态速度误差常数的确定…………………4(455)8.2.14静态加速度误差常数的确定……………………………………(456)83用 MATLAR作伯德图……↓4晶昌■■备■司晷阜……,……(457)8.3.1在一定的類率点上增益变成无穷大时对伯德的影响…(464)8.3,2求状态空闸中的系统的伯德图…………"………¨……………(466)84极坐标图v·自司·■■·■■·■日■唱唱申申卓鲁日tb■……(468)8,4.1积分和微分因子(如)3…(468)842…阶因子(1+户T)↓pmu·卓■→·日·q4如■十■吾■■■■唱P…,(46943阶因子[1+26(/an)+(/mn)2]平(470)844传递延迟472)8.45极坐标图的一般形决(474)85用MAB作奈魁斯特图………:…(476)8.5,1注底…479)8.5.2定义在状杰空间的系统的奈魁斯特图画法……………………………(481)8.6对数幅-相图■P·昏P昏P曾■P■晋■■『q■晋■■■晋■昌晶■d……………………s(484)8.7奈魁斯特稳定判据會中号甲看P■(486)8.7.1预备知识………………………(487)87.2映射定理…甲P甲申……(490)8.73映射定理在闭环系统稳定性分析中的应用……,…:4(490)8.74奈魁斯特稳定判据早P日音卡吾日14‘44b4b自(491)875关于奈魁斯特稳定判据的几点说明(492)8.76G(s)H(s)含有位于轴上射极点和(或〕零点的殊情祝……………………………(493)88稳定性分析…『■『餐……………1(4958.8.1条件定系统■■晶■口■■■……(499)8.8.2多凹路系统↑·4中可中中!广曾?冒曾■『■?『■十D■自■血日自咖司即●p●中甲电甲m看·口电(499s.8.3应用于逆极坐标图上的奈魁斯特稳定判据(501)884利用改变的奈魁斯特轨迹分析相对稳定性■_會『會會■■■■會■■個■會■(504)8.9相对稳定性…:·+··=·+“+·4+“+日·中曾十◆·■日『『■■■…………………(506)891遁过保角变换进行相对稳定性分析………(5068.92相位裕量和增益裕量(588.93关于相位裕量和增益裕量的几点说明…………………………………………(51089.4谐振峰值幗值M和谐振蜂值版率n…512)895杯崔二阶系统中阶联瞬态啊应与频率啊应之间的关系5138.96一般系统中的阶跃瞬态响与频率响应之间的关系…………(515)897截止频率和带宽…………………………………………………………(516898剪切率…………………,……(517)8.10闭环频率响应……………………………(518)810.1单位反馈系统的闭坏频率响应4『F:-T自+卡…(518)8.10.2等幅值轨迹(M遴)………(519)8.103等相角轨迹(N)………………,……∵,……………(520)g.104尼枓尔斯图……………s522)810.5非单位反馈系统的闭不频率响应最↓bL(525)8.10.6增益的整…(525)8.11传递函数的实验确定法…………………………………-…………(5288.11.1正弦信号产生器528)8112由伯德图求最小相位传递函教……………(529)3113非最小相位传递函数……………………………*……………(530)8.114关于实验确定传递区数的儿点说明例题和解答■血■■b■盘血■口■■自■■■■■■■■■_■■口■■盘血■鲁■1●和中血D命申…………(533习题(56第章控制系统设计的频率垧应法(571)引肓咖●?控制系统设计的频率响应法…………………(5719.1.2从开不頻率响应可以获得的信息…唱卓幽■“●■◆■■如····Paqq↓·甲571)9.1.3对严环频率响应的要求………44572)91.4超前滞后和滞后超前校正的基本特性…………∵(53)915本幸要点…573)92超前校正……………………………………"………………(573)92!超前校正装置的特性…………(573)922基于频率响应法的超前校正………………………(574)9.3滞后校币…■山d■…………581)9.3,1滞后校正装量的特性w■!冒■■昏『■晋■冒+『晶………"……(581)93,2幕于频卒响应法的滞后校正…………………………………(582)9.3.3关于滞居校正的一些说明588)9.4滞后-超前校正…………(589)94.1溢后-超前校正装置的特性·■曾曾4·冒骨T中·「冒曾雪『『會自口t曾會4會■■『中曾平·目自曾會日·日幽(589)9.4.2基于频率响应法的滞后超前校正……………·(5919.5结论5959.5.1超前、滞后和滞后超前校正的比较(595)95.2图形对比……………………………………………(595)9.53反馈校正………(5969.5.4不希望极点的抵消……………"(596)9.5.5不希望的共轭复数极点的抵消……(597)56结束语…鲁自日·b中日即………………………………………(598)例题和解答■唱↓昌郾昌■■昌昌■↓■■■〖』』晶■晷晶L■↓口■■↓■■■■即中↓(598)习题622)第10章PID控制与鲁控制………(625)10.!引言………(62510,2PI控制器的调节律………………………………………………(625)10.2.1控制对象的PD控制…………(625)10.2.2用来调整P控制器的齐格勒尼柯尔斯法则(62610.3.3第一种方法…………………………………………………(626)10.24第二种方珐……(628)102.5说明……"…10.3PI控制方案的变形(634)10.3.1PID控制63510.3.2IP担齣…………………(63610.3.3从IPD控制方案推广到带状态反馈的积分控制方案367)10.3.4二由度PD托制↓4吾··B日k日(6380.4二自由度痉制………,………(638)
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