内稳闭环系统及其稳定性判断方法技术方案

本发明专利技术涉及一种内稳闭环系统及其稳定性判断方法，特别是采用稳定极点环节构建的内稳闭环系统与适用于内稳闭环系统的稳定性判断方法，属于自动控制系统及装置和自控系统稳定性判断方法。内稳闭环系统是由稳定极点环节构成，内稳闭环系统其环路通道传递函数的极点均为稳定极点。稳定极点环节包括积分环节、惯性环节和振荡环节，稳定极点环节、比例环节及比较环节或叠加环节均可采用受控源电路或运算放大器电路实现。内稳闭环系统稳定性判据：当环路通道幅相频率特性曲线与正实轴(1～∞)段有交点时内稳闭环系统不稳定，无交点则稳定。内稳闭环系统是一类具有特殊性能的闭环系统。内稳闭环系统的稳定性判断特别简单实用，在实际工程中具有很大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
内稳闭环系统及其稳定性判断方法
本专利技术涉及一种内稳闭环系统及其稳定性判断方法，特别是采用稳定极点环节构建的内稳闭环系统与适用于内稳闭环系统的稳定性判断方法，属于自动控制系统及装置和自控系统稳定性判断方法。
技术介绍
随着社会与技术的发展，自控系统的应用日益普遍，但同时自控系统也变得日益复杂。自控理论经历了经典控制理论、现代控制理论，目前正在向智能控制理论发展，但由于控制理论本身的复杂性，无论是智能控制理论还是现代控制理论或经典控制理论都还在不断深入发展完善中。自动控制系统的特性分析常用到复数运算。复数：为实部x与虚部y两个实数的组合数，虚部带虚数单位κ即κy则称为虚数，虚数单位运算时视为常数，复数的符号上有两点以示与实数的区别，复数与平面矢量对应，因此具有与平面矢量一致性质。复数的性质：1、复数的表示：2、共轭的定义：3、复数的加减：4、复数的乘法：5、复数的除法：6、复数的共轭：自控系统由基本环节构成，基本环节共14种，包括13种线性环节和1种非线性延迟环节。线性环节包括1种静态比例环节和12种动态环节。12种动态环节包括6种零点环节和6种极点环节，在复平面上的分布如图1所示。6种零点环节包括：微分环节微比环节反微比环节二阶微比环节二阶反微比环节中极微比环节6种极点环节包括：积分环节惯性环节反惯性环节二阶振荡环节二阶反振荡环节等幅振荡环节其中：二阶振荡环节简称振荡环节，阻尼比时称为强振环节，阻尼比时称为临界振荡环节，阻尼比时称为弱振环节。比例环节与微分环节、积分环节、微比环节、惯性环节、二阶微比环节、二阶振荡环节一起合称为常用环节。常用环节与延迟环节常合称为典型环节。反微比环节、反惯性环节、二阶反微比环节、二阶反振荡环节、中极微比环节、等幅振荡环节这6种环节一起合称为非常用环节。基本环节GB另称为正相环节或同相环节，-GB则称为负相环节或反相环节。自控系统有各种各样的装置型式，其中尤其以电路或电子电路最为典型。电路由元件和元块构成，电路分为直流电路、正弦交流电路、暂态电路三种主要形式，而每种电路又有单相电路、两相电路、三相电路及多相电路等型式。电路基础物理量电压和电流所用的变量符号表：其中：为虚数单位，U(t)和I(t)为和为的多项式幂函数。构建普联电路的两端元件：理想独立电源、变换元件、理想电表；理想独立电源：理想独立电压源、理想独立电流源、理想独立功率源；变换元件：电阻元件、储能元件，电阻元件：正阻元件、负阻元件，储能元件：电感元件、电容元件；理想电表：理想电压表、理想电流表、万能功率表；万能功率表视为理想电压表与理想电流表的组合，除功率外，也可以测电压和电流，万能功率表可以测量任何形式的电压、电流与功率及其各种所需特征值。电路两端元件的图形符号与分类如图2所示，理想直流电源、理想电表、电阻元件、恒功率源的伏安特性曲线如图3a、3b、3c、3d所示。电路分析时还会用到实际独立电源组件：实际独立电压源、实际独立电流源、实际独立电源，实际独立电源组件形成过程如图4所示。构建传输电路和控源电源的两端口元块：电源元块、双向元块包含基础元块和耦合元块、控源元块包含比例受控源和积分受控源、电表元块，两端口元块图形符号与分类如图5所示。自动控制理论已经历了多个发展阶段，其中以传递函数为基础的经典控制理论是自控理论的重要阶段，频率特性是传递函数的一种特殊形态，频域分析法又称频率特性法，是经典控制理论的主要内容。闭环反馈及其稳定性分析是自动控制理论的核心内容，而以频率特性分析为基础的奈奎斯特闭环控制系统稳定性判据，即奈奎斯特稳定性判据，简称：奈氏判据，又是频域分析法的重要内容。从工程实用的角度看，目前系统稳定性的判断比较复杂，最小相位系统是否存在简单的稳定性判断方法，而这种方法是否可以扩展到更大范围的系统上，这些系统是如何构成的、有些什么样的特性，都具有很大的研究价值。内稳闭环系统及其稳定性判断方法对基本环节和系统进行了分类，并基于环路传递函数对常规系统的稳定性进行了分析，从而得到了不少有益的、明确的结论，并根据这些结论构造了内稳闭环系统，并根据内稳闭环系统的特性得到了其稳定性判断方法，同时也进一步完善了自控原理的相关概念、原理和体系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：1、构建一种环路通道稳定的内稳闭环系统；2、适用于内稳闭环系统的稳定性判断方法。本专利技术提供了一种内稳闭环系统及其稳定性判断方法。本专利技术所要解决的技术问题是通过下述技术方案实现的。一种内稳闭环系统，有一个信号输入端和一个信号输出端；内稳闭环系统是由前向通道和反向通道与比较环节或叠加环节构成的单闭环结构的线性系统，前向通道与反向通道均由比例环节、稳定极点环节与零点环节串联构成或由稳定极点环节与比例环节串联后并联构成；内稳闭环系统其环路通道传递函数的极点均为稳定极点。前向通道或反向通道也可由稳定极点环节与比例环节串联后并联然后再串联构成，其中：稳定极点环节包括积分环节、惯性环节和二阶振荡环节，稳定极点环节、比例环节及比较环节或叠加环节均可采用受控源电路或运算放大器电路实现。一种适用于内稳闭环系统的稳定性判断方法，不仅适用于独立的单闭环线性系统、也适用于多闭环线性系统的内环单闭环；第一步：由内稳闭环系统的环路传递函数可得环路通道的频率特性表达式，并由此作出环路通道的幅相频率特性曲线或对数频率特性曲线；第二步：内稳闭环系统稳定性判断：若环路通道的幅相频率特性曲线穿越正实轴(1～∞)段出现交点，或者当环路通道的对数频率特性曲线增益大于零时相角为零，即系统出现强正反馈点，则内稳闭环系统不稳定，否则内稳闭环系统稳定。线性动态基本环节的6个极点环节宽松分类如图6a所示，严格分类如图6b所示：积分环节、惯性环节、二阶振荡环节三个环节合称为稳定极点环节，简称：稳定环节；反惯性环节、二阶反振荡环节、等幅振荡环节三个环节合称为不稳定极点环节，简称：不稳定环节。倍率K＝-2～+2惯性环节的幅相频率特性曲线如图7所示。阻尼比ζ＝0.1～1单位倍率二阶振荡环节的幅相频率特性曲线如图8所示，特征点：阻尼比ζ＝0.1～1规范倍率二阶振荡环节的幅相频率特性曲线如图9所示，特征点：阻尼比规范倍率二阶振荡环节的幅相频率特性曲线如图10a所示，特征点：阻尼比单位倍率二阶振荡环节的幅相频率特性曲线如图10b所示，特征点：阻尼比二阶振荡环节的规范倍率与阻尼比二阶振荡环节的单位倍率称为标准倍率，标准倍率的二阶振荡环节其幅相频率特性曲线均在单位圆内，其高阶环节的幅相频率特性曲线也在单位圆内，并且幅相频率特性曲线的最大范围与单位圆内接，从而很容易求非规范倍率或非单位倍率的高阶环节的幅相频率特性曲线的范围。系统分类是系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内稳闭环系统，有一个信号输入端和一个信号输出端；其特征在于：/n内稳闭环系统是由前向通道

【技术特征摘要】
1.一种内稳闭环系统，有一个信号输入端和一个信号输出端；其特征在于：
内稳闭环系统是由前向通道和反向通道与比较环节或叠加环节构成的单闭环结构的线性系统，前向通道与反向通道均由比例环节、稳定极点环节与零点环节串联构成或由稳定极点环节与比例环节串联后并联构成；内稳闭环系统其环路通道传递函数的极点均为稳定极点。


2.按权利要求1所述的内稳闭环系统，其特征在于：
所述的前向通道或反向通道也可由稳定极点环节与比例环节串联后并联然后再串联构成，其中：稳定极点环节包括积分环节、惯性环节和二阶振荡环节，稳定极点环节、比例环节及比较环节或叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明，朱嘉慧，
申请(专利权)人：朱嘉慧，
类型：发明
国别省市：上海;31