(四)終值定理與穩態誤差


該系列為DR_CAN自動控制原理視頻筆記,詳見https://space.bilibili.com/230105574
由於筆者水平有限,文中難免存在一些不足和錯誤之處,誠請各位批評指正。

1 穩態誤差

在穩定系統達到穩態時,穩態值與參考值之間的差值我們稱為穩態誤差:

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2 終值定理

要分析計算穩態誤差,我們需要計算 \(\lim _{t \rightarrow \infty} x_{(t)}\) ,考慮到我們對系統輸出 \(X(s)\)\(x(t)\) 更加熟悉,因此我們可以通過 \(X(s)\) 的極限來求解 \(\lim _{t \rightarrow \infty} x_{(t)}\) ,這就需要終值定理(Final Value Theorem):

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3 彈簧阻尼系統的例子

還是我們熟悉的味道:

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以沖激響應和階躍響應為例:

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以上兩種情況下終值定理是成立的,但是終值定理的成立是有條件的,那就是這個系統需要是穩定的,數學描述就是:

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這個也很好理解,系統首先要是穩定的才有所謂的終值才有所謂的穩態誤差。

4 終值定理分析比例控制的穩態誤差

在上一篇中我們發現對體重系統進行比例控制時,比例控制器並不能消除穩態誤差,下面從數學的角度分析這種現象,首先計算系統輸出 \(X(s)\) ,然后計算Kp決定的系統的收斂域,然后就可以應用終值定理了:

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可以看到,當Kp越小時,穩態誤差就越大。通過增大Kp來減小穩態誤差理論上是可行的,但是由於過大的Kp會引起系統的超調。所以我們並不能無限制的增大Kp,因此我們就需要引入一個新的控制器——積分控制器。在下一篇會介紹PI控制器


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