一种新的相平面分区控制器的分析与仿真

　　1　引言

　　相平面分区控制是以相平面为工具,将系统动态过程划分为五个运行模式,并给出每个运行模式下的控制作用K′i(i=0,2±,4±),通过这五个控制力合力的作用,最终使系统稳定在期望输出上[1]。该控制系统在每个控制区域内是开环控制,而整个系统又有闭环控制特征,是一个闭环为主导的开环系统———闭开环系统。其反馈向量与设定值的比较,可以确定误差e和误差的变化率.e;通过对e和.e的判断选择此时的控制力K′i。在控制系统结构上,相平面分区控制兼有开、闭环控制系统特征,又有Bang-Bang控制的特点;因此,相平面分区控制器具有很好的抗干扰能力。

　　分析表明,系统的上升时间主要由控制作用力K′2+的大小决定,同时K′2+的改变也会影响系统的其它动态特性,对保持系统稳定也起一定的作用。而K′2+的整定范围又与其余四个控制力的大小有关[2,3],因而增加了系统参数整定的难度,限制了相平面分区控制器的参数调节范围,直接影响到系统的输出性能。鉴于此,引入了改进相平面分区控制。

　　2　改进相平面分区控制的原理与稳定性分析

　　图1给出了相平面分区控制系统的基本结构。对此作如下改进:利用两个五态控制器实现系统控制。第一个控制器决定系统响应的上升速度以及超调量等参数。因为K′0、K′2+的大小,分别影响系统的启动、上升速度,所以改变K′2+的大小,可以改变系统响应的上升速度;第二个控制器负责余下过程的控制,此时K′2+协同其它参数起到控制过程的精调及抑制干扰的作用。

　　设第一控制器的作用时间为Te,用以标识前后两个控制器的切换,同时为第二个控制器的控制过程提供初始时刻和初始值。仿真分析表明,适当调整作用时间参数Te,能够同时起到提高系统的响应速度、降低超调量的作用。

　　改进相平面分区控制系统的稳定性,取决于第二控制器的作用。

　　分别设X(s)、Y(s)为系统的输入、输出,G(s)为被控对

　　当然f(s)也可以取其它滤波器的形式,如Butterworth低通滤波器,这样可以先消除积分环节对系统的影响。特别地,对于N =1,即1型系统,可以令K′0=0直接调整其余四个作用力以整定系统。

　　3)若G(s)为开环不稳定对象,则先通过内反馈使之稳定,组成广义被控对象,然后根据广义对象按上述原则设计相平面分区控制系统。

　　改进相平面分区控制系统的动态过程,既取决于第一、二控制器的作用参数,又与参数Te的选择有很大的关系,合理选择参数Te可以使第一、二控制器参数分别对系统的动态、稳态性能起主导作用。这一点,通过以下仿真示例说明。