自動控制原理中,為什麼說系統階次越高越難以保持穩定?

時間 2021-05-31 09:43:31

1樓:

如果你的線性系統是可控的,那麼理論上不管多少階都能把它控制穩定。但是存在幾個實際難點:

1,系統實際引數存在偏差,導致動力系統模型不精確。那麼按照不精確的模型搭建的狀態反饋有可能不能滿足所有狀態穩定。

2,控制器是有工程極限的。輸出上限啊,響應速度啊,之類的。

3,控制器的引數也是不精確的。

如果你的非線性系統在平衡點附近是可控的,那麼你的可控性是區域性的。

2樓:桂凱

如果只是理論上分析,認為系統中沒有任何雜訊,任何運算都是絕對精確,各種條件都是非常理想,不管是什麼樣的線性系統,我都能通過控制器是它保證穩定性。控制器穩定性分析的終極利器是基於李雅普諾夫函式機械人這麼火,很多大牛,動不動就是動力學控制。請教一下各位[實際!

]機械人控制大家用到了動力學控制嗎? - gkfxlt 的回答 - 知乎

高階系統與低階系統在教科書中,經常會類似這樣一句:我們在建模時,忽略高頻特性,從而將乙個高階系統近似為乙個低階的微分方程。實際系統都是高階的,我們獲得的低階系統知識近似。

這樣做在實際應用中有個好處:由於現實中很多物理量不能用解析表示式得到,因此微分運算一般通過差分近似代替,這種運算會放大雜訊影響,破壞穩定性。下圖是根據位置資訊通過差分計算得到角速度和角加速度,可以看出,經過兩次差分後,雜訊變得很大了(關注藍線,忽略掉紅線^-^)。

高階系統往往意味著更多次的微分運算,試想雜訊會變得極大,甚至淹沒有用的訊號。

理想與實際實際中,我們一般是用數字控制器(就是通過微控制器等寫程式控制),這裡涉及到乙個取樣週期的問題(就是你的控制演算法多長時間跑一次)。數字控制器由於延時等原因,其穩定性比對應模擬的差,取樣週期越短,數字控制器的穩定性也越好,但這樣對微控制器等硬體要求越高。

假如我們用PID控制作用到乙個高階系統上,意味著我們要控制好系統的高頻特性,這也意味著數字控制器的週期要越小,試想下,要控制系統完成10Hz的運動,而控制演算法卻只有1Hz,顯然是無法完成的。這種控制實現難度越大。

3樓:海王星·夜音

越高階的系統對負反饋係數的要求越高,例如一二階只要大於0,三階以上時係數約束開始出現且越來越嚴格,這就意味著係數攝動會很容易的發散系統

4樓:大段長安

大家的回答都有道理。

還可以從勞斯判據的角度理解,階次高說明閉環特徵多項式的係數就多,要讓這麼多的係數滿足穩定判據自然是很難的,或者說過多的約束使得增益取值很有限,因此越不穩定

5樓:剩餘的明天

我覺得從根軌跡方面來講階次越高漸近線與負實軸的交點又在負實軸漸近線平分平面的區域越多導致隨著k的增加根軌跡會與虛軸交點的可能性會更高使k 的上限會降低從而系統無法滿足穩態誤差的要求

6樓:李崇

從根軌跡角度來說,極點越多越容易把閉環極點推向右半平面。

從奈奎斯特圖來說,正如題主所說,穿越次數變多了。可以想一下,乙個一階系統,幅值裕量是無限的,因為它就不會穿越虛軸,不論怎麼放大都不會不穩定。反倒是階數高了之後,相位和幅值裕量的隱患更大

自動控制原理怎麼學?

擺渡人寶刀君 的答案寫的很形象翔實了,我來做乙個經典自動控制脈絡的梳理。自動控制理論基礎 自動控制原理 機械工程控制技術基礎和訊號與系統等等科目本質都是一樣的。前三者本身就比較類似,而自動控制理論與訊號與系統的微弱區別就在於他們分別用兩個角度來闡述同一件事物,一體兩面。目前工程上用的比較多的還是經典...

自動控制原理到底算不算難?

一點都不難的,雖然每章都有每章的特點,但是學起來一點都不難,不知道你是不是打算考研,我之前看的這篇文章推薦給你https zhuanlan p 105557551 附上可愛的小木 發布於昨天 16 21著作權歸作者所有 黑帥 先學整體框架邏輯,再用數學理論填充細節,而不是一上來就是一大堆沒有來由的公...

自動控制原理的根軌跡怎麼學習?

hez 第四章 1什麼是根軌跡 嗶哩嗶哩 乾杯 bilibili 第四章 2a根軌跡繪製法則 嗶哩嗶哩 乾杯 bilibili 第四章 2b根軌跡繪製法則下 嗶哩嗶哩 乾杯 bilibili zdr0 送乙份我自己總結的根軌跡的繪製法則,其中紅顏色的是初學者必須掌握的法則。下面我們來看乙個例題。給定...