1、自動控系統(tǒng)的根本方式：自動控系統(tǒng)的根本方式：控制器被控對象輸入量控制量輸出量開環(huán)控制系統(tǒng)控制器被控對象輸入量控制量輸出量閉環(huán)控制系統(tǒng)誤差量反響環(huán)節(jié)反響量+ -自動控系統(tǒng)的根本方式：自動控系統(tǒng)的根本方式：控制器1被控對象輸入量控制量輸出量雙環(huán)控制系統(tǒng)誤差量反響環(huán)節(jié)反響量+ -控制器2+ -反響環(huán)節(jié)輸入量1誤差量1內環(huán)反響輸出量 Vo輸入量反響量控制量 Ve控制量 If控制量 D內環(huán) 反響量內環(huán)輸入量Small Signal Analysis and Transfer Function PI ControllerOptic CouplerPWMPower StageModeling DC/DC C

2、onverter with Small signal Analysis自動控制系統(tǒng)需分析處理的問題：自動控制系統(tǒng)需分析處理的問題：穩(wěn)定性：穩(wěn)定性問題是任一自動控制系統(tǒng)能否實踐運用穩(wěn)定性：穩(wěn)定性問題是任一自動控制系統(tǒng)能否實踐運用的必要條件，自動控制實際應給出影響穩(wěn)定性的因數，的必要條件，自動控制實際應給出影響穩(wěn)定性的因數，并給出各種因數引起穩(wěn)定或不穩(wěn)定的范圍。并給出各種因數引起穩(wěn)定或不穩(wěn)定的范圍。穩(wěn)態(tài)呼應：即在穩(wěn)態(tài)情況下，控制系統(tǒng)控制的準確程度，穩(wěn)態(tài)呼應：即在穩(wěn)態(tài)情況下，控制系統(tǒng)控制的準確程度，以及控制系統(tǒng)對各種干擾的抑制才干。以及控制系統(tǒng)對各種干擾的抑制才干。動態(tài)呼應：當輸入量改動或者有干擾引

3、入后，控制系統(tǒng)動態(tài)呼應：當輸入量改動或者有干擾引入后，控制系統(tǒng)以多快以及怎樣的方式到達新的穩(wěn)定形狀。以多快以及怎樣的方式到達新的穩(wěn)定形狀。自動控制系統(tǒng)的數學描畫：自動控制系統(tǒng)的數學描畫：變換環(huán)節(jié)c(t)r(t)(.)()()(.)()(1111101trbtrbtrbtcatcatcmdtddtdndtddtdmmmmnnnn常微分方程描畫：拉普拉斯變換：0)()(dtetcsCts)(.)()()(.)()(11011sRbsRsbsRsbsCasCsasCsmmmnnn當 時拉普拉斯變換即為傅立葉變換is 自動控制系統(tǒng)的數學描畫：自動控制系統(tǒng)的數學描畫：變換環(huán)節(jié)r(t)c(t)(.)()(

4、)(.)()(11011sRbsRsbsRsbsCasCsasCsmmmnnn)()()(.)(11110sRsGsRasasbsbsbsCmnnmmmmnnmmmasasbsbsbsG.)(11110自動控制系統(tǒng)的數學描畫：自動控制系統(tǒng)的數學描畫：G(s)R(s)C(s)G1(s)R(s)C(s)G2(s)()()(sRsGsC)()(2)( 1)(sRsGsGsC)(2)( 1)(sGsGsGG2(s)R(s)C(s)G1(s)+ -)( 1)()( 1)(sRsRsGsCR1(s)()(2)()( 1sCsGsRsG)()(2)( 11)( 1)(sRsGsGsGsC)(2)( 11)(

5、 1)(sGsGsGsG自動控制系統(tǒng)的數學描畫：自動控制系統(tǒng)的數學描畫：mnnmmmasasbsbsbsG.)(11110傳送函數傳送函數G(s)：一切控制系統(tǒng)的傳送函數均為一有理多：一切控制系統(tǒng)的傳送函數均為一有理多項分式，項分式， 其中其中s為復數。為復數。傳送函數傳送函數G(s)的零點：即復數方程的零點：即復數方程 的根，即使的根，即使G(s)為零的為零的s的取值。的取值。傳送函數傳送函數G(s)的極點：即復數方程的極點：即復數方程 的根，即使的根，即使G(s)為無窮大的為無窮大的s的取值。的取值。G(s)R(s)C(s)0.110mmmbsbsb0.11nnnasas反響系統(tǒng)的穩(wěn)定性分

6、析：反響系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析：G2(s)R(s)C(s)G1(s)+ -R1(s)(1)( 1)(2)( 11)( 1)(sGsGsGsGsGsH)()()(sRsHsCG(s)=G1(s)G2(s) 稱為反響回路的開環(huán)傳送函數，可以經過分析稱為反響回路的開環(huán)傳送函數，可以經過分析G(s)的行為來調查反響回路的穩(wěn)定性，即當的行為來調查反響回路的穩(wěn)定性，即當G(s)=-1或接近或接近-1時系統(tǒng)將時系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定變得不穩(wěn)定.開環(huán)傳送函數的幅頻特性波特圖：開環(huán)傳送函數的幅頻特性波特圖：Open Loop Gain Phase Curve:Gain f ( )20 logG 2 i f Phase f

7、( )arg G 2 i f 18010011031104110518016014012010080604020020406080100120140160180Gain f ( )Phase f ( )fOpen Loop Gain Phase Curve:Gain f ( )20 logG 2 i f Phase f ( )arg G 2 i f 18010011031104110518016014012010080604020020406080100120140160180Gain f ( )Phase f ( )f反響帶寬(kHz)相角裕量(degree)增益裕度(db)40o10db9

8、kHz開環(huán)傳送函數穩(wěn)定性判據：開環(huán)傳送函數穩(wěn)定性判據：相位在低頻段趨向于相位在低頻段趨向于180度即保證系統(tǒng)是負反響系度即保證系統(tǒng)是負反響系統(tǒng)。統(tǒng)。在增益大于在增益大于0的區(qū)間，相位必需大于的區(qū)間，相位必需大于0度。度。在相位等于或接近在相位等于或接近0度時度時, 增益必需小于增益必需小于0。開環(huán)傳送函數的幅頻特性的丈量：開環(huán)傳送函數的幅頻特性的丈量：G2(s)R(s)C(s)G1(s)+ -R1(s)如何測得開環(huán)傳送函數G(s)=G1(s)G2(s)?G2(s)R(s)C(s)G1(s)+ -R1(s)ABABf網絡分析儀G(s)=A(s)/B(s)A/B輸出量 Vo輸入量反響量控制量 Ve

9、控制量 If控制量 D內環(huán) 反響量內環(huán)輸入量B A Source常見電路的傳送函數：常見電路的傳送函數：RCL復祖抗傳送函數RCj1LjRsLsC1常見電路的傳送函數：常見電路的傳送函數：RCUiUo11/)(11RCsRUiUosGsCsC11031104110511069080706050403020100102030405060708090Gain f ( )Phase f ( )fR1104C1109一階極點RCp1常見電路的傳送函數：常見電路的傳送函數：CUiUoR2111122/)(RRRRUiUosGsCsC100110311041105908070605040302010010

10、2030405060708090Gain f ( )Phase f ( )fR11104R21103C1108R12121RRRRR11/)(1212CsRCsRRRRUiUosG一階極點CRp11一階零點CRz1常見電路的傳送函數：常見電路的傳送函數：sCsCRsLUiUosG11/)(11)(2RCsLCssGCUiUoLRL1106C1104R0.0211031104110511061801651501351201059075604530150153045607590Gain f ( )Phase f ( )f二階極點LCn1光耦電路的傳送函數：光耦電路的傳送函數：ton: 15usto

11、ff: 510usCTR=Ic/If TL181CTR:12光耦電路的傳送函數：光耦電路的傳送函數：1)(sCTRsGus53CTR2310611031104110511069080706050403020100102030405060708090Gain f ( )Phase f ( )f一階極點1p積分器的傳送函數：積分器的傳送函數：CUiUoRR1VrefRCsRUiUosGsC1/)(1-+R1104C110811010011031104110518016014012010080604020020406080100120140160180Gain f ( )Phase f ( )fPI

12、調理器的傳送函數：調理器的傳送函數：C1UiUoR2R1R3VrefsCRsCRRRUiUosGsC12112111/)(1-+R11104R21103C11081101001103110411059075604530150153045607590105120135150165180Gain f ( )Phase f ( )fPI調理器的傳送函數：調理器的傳送函數：C1UiUoR2R1R3VrefC2) 1(1/)(211211sCRsCRsCRUiUosG-+12CC 當 時R11104R21103C11108C2110911010011031104110590756045301501530

13、45607590105120135150165180Gain f ( )Phase f ( )fPI調理器的設計原那么：調理器的設計原那么：C1UiUoR2R1R3VrefC2-+R11104R21103C11108C211091101001103110411059075604530150153045607590105120135150165180Gain f ( )Phase f ( )f零點憑率為1/(R1C1), 極點頻率為1/(R1C2)零點頻率必需小于極點頻率，即C2C1R2僅與增益有關，與零極點無關。R3與反響特性無關，僅與電壓設置有關。) 1(1/)(211211sCRsCRsC

14、RUiUosG開關電源反響電路的設計：開關電源反響電路的設計：分析固有電路包括主功率電路, PWM控制器,光耦等的相位極性, 確定控制器的極性, 保證負反響銜接。確定固有電路的極點分布情況，普通有輸出濾波器的二階極點，光耦的一階極點，功率電路的特殊極點等。設計反響控制器，選擇適當的零點補償頻率最低的極點。普通補償12個極點，補償的極點越多系統(tǒng)的動態(tài)呼應越好。確定反響控制器的增益，以獲得最大的帶寬，同時保證足夠的增益裕度和相角裕量。在無法準確估計系統(tǒng)增益的情況下，可嘗試較小的增益設計，以使系統(tǒng)穩(wěn)定，再嘗試較大的增益，以獲得良好的動態(tài)性能。二階極點一階極點一階極點零點零點零點開關電源反響電路產生震蕩的緣由：開關電源反響電路產生震蕩的緣由：零極點發(fā)生偏移。極點往低頻段偏移，或添加了新的極點都有能夠導致系統(tǒng)不穩(wěn)。系統(tǒng)增益發(fā)生變化。如光耦的增益發(fā)生變化，PWM控制器的三角波斜率發(fā)生變化。消除震蕩的方法：消除震蕩的方法：降低控制器的增益。降低零點頻率。讓系統(tǒng)開環(huán)，用網絡分析儀測試其開環(huán)傳送函數，以確定零極點分布和增益情況，再采取相應對策。Open Loop Gain Phase Curve:Gain f ( )20 logG 2 i f Phase f ( )arg