是什么导致了瞬态响应中的这种长尾?

电器工程 控制 转换功能 短暂的 模拟链接 极点补偿
2022-01-19 16:41:42

我有一个五阶传递函数,为此我设计了一个在根轨迹上使用零极点消除技术的控制器。我的目标是\$<5%\$过冲和\$<2s\$稳定时间目前,满足超调标准。

注意我知道精确的pz 取消在现实生活中几乎是不可能的。

控制器和原始的 5 阶传递函数如下面的 Simulink 所示

在此处输入图像描述

这会在瞬态响应中给出带有长尾的响应,因此建立时间非常长。

在此处输入图像描述

根据楚在这里的评论,

将零点靠近极点以试图“取消”并不是太聪明。通常不可能将零直接放在杆顶上并期望杆和零都留在原地。结果是一个“偶极子”(极点和零非常接近),在瞬态响应中产生长尾。

和 HermitianCrustacean 的评论,

您选择的四阶控制器很难进行数字建模...

这种长得令人无法接受的稳定时间、不精确的 pz 消除(难以进行数字建模的控制器)或两者兼而有之的根本原因是什么?任何有关如何改进响应的建议也将不胜感激。


五阶系统的极点

   Poles =

   1.0e+02 *

  -9.9990 + 0.0000i
  -0.0004 + 0.0344i
  -0.0004 - 0.0344i
  -0.0002 + 0.0058i
  -0.0002 - 0.0058i

放置零点以取消极点

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四阶控制器

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如果需要,我很乐意提供更多信息。

2个回答

系统中的缓慢振荡行为是由实部接近零的极点引起的,并且通过查看您的阶跃响应,频率接近\$0.1\; \文本{Hz}\$ \$\; (0.62 \; \text{rad/s})\$所以导致它的极点是\$s_0 = -0.02+0.58i\$\$s_1 = -0.02-0.58i\$的极点。

您应该检查它们是否真的被取消了,如果没有,请尝试使用根轨迹和不同的增益来改变极点位置,使其远离复轴(实部尽可能为负)。

我认为您需要检查与要取消的极点相对应的残差,以检查零极点取消是否有效。残差是乘以该极点的部分分数项的常数。例如,如果$$F(s)=\frac{26.25(s+4)}{s(s+3.5)(s+6)}$$ \$s+3.5\的部分分数项的余数$极点是\$1\$不能忽略,所以\$s+3.5\$\$s+4\$不能相互抵消,对于$$F(s)=\frac{26.25(s+4) }{s(s+4.01)(s+6)}$$ \$s+4.01\$极点的部分分数项的余数是\$0.033\$可以忽略,所以\$s+4.04\$\$s+4\$可以互相取消。

参考:示例 4.10,第 195 页,控制系统工程,Norman S. Nise,第 6 版,2010,John Wiley。