第二步:确定设计特性要求。根据对象响应要求来确定其动态和稳态特性指标。如是时域指标应转换成频域的指标。
第三步:选择频率集。在进行设计前,首先选择一个频率集,以便进行模板和边界计算。由于模板和边界的计算比较复杂,运算量也比较大,在选择频率集时既要顾及到准确性也要考虑到计算量。
第四步:被控对象参数变化范围的确定及模板计算。通常,参数的变化范围由实验或依参数变化规律经归纳后定出。同样是考虑到计算量,范围不宜太大;而考虑到被控对象描述的准确性,范围不宜太小;这就需要设计者依经验和实际情况来界定。
第五步:标称模型的选取。它将用于生成边界和控制器合成。
第六步:边界的生成及其综合。利用第二步得到的设计特性和第四步得到的模板,在频域内的每个试验频率点处生成相应的边界。
第七步:回路整定。根据第六步得到的最优边界来设计控制器。设计控制器就是使开环频率响应曲线在所选择的设计频率点处的位置位于对应频率点的边界的上方,且离边界越近越好,在高频处还应保证该曲线不与稳定边界相交,最好不进入高频。
一般的回路整定过程可总结如下:
(1)控制以纯增益来满足低频特性。
(2)加入超前和或滞后环节来满足低频边界,同时减小控制器的增益。
(3)增加滞后环节来满足高频边界。
(4)改变控制器参数,通过降低控制器的高频增益来减小控制器的带宽。
(5)每增加一个零点,增加足够远的极点或者复数极点对,以使极点数不少于零点数。
第八步:设计前置滤波器。回路整定设计出的控制器确保了系统闭环回路在频域里的稳定性要求和对扰动的抑制作用,但不能保证系统的输出满足单位阶跃响应的上下边界要求,加入前置滤波器可以调整系统的整体频率响应特性。
第九步:分析验证。QFT方法的最后一步是分析新系统的闭环频率响应是否满足所有的设计要求。同时,也要进行时域仿真,检查系统是否满足单位阶跃响应特性要求。如果全部满足,则设计结束,否则进行必要的修改或重新设计。
设计程序时希望对干扰输入抑制得越小越好,但是指标设置得越小则控制器的结构就越复杂,并且由于实际被控对象的舵面存在限幅,使得指标设置小时反而控制效果较差。因此该指标应权衡取值。
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