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控制系统灵敏度分析与数字补偿器设计

📚 共计 30 章节

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灵敏度分析基础

什么是灵敏度？为什么重要？灵敏度函数的定义与物理意义。

开环与闭环灵敏度

开环系统灵敏度、闭环系统灵敏度、反馈对灵敏度的改善。

灵敏度与系统鲁棒性

灵敏度与参数摄动的关系、鲁棒性指标、灵敏度函数与补灵敏度函数。

鲁棒性指标

灵敏度函数分析

灵敏度函数的频率特性、峰值与带宽、灵敏度积分约束（Bode积分定理）。

补灵敏度函数

补灵敏度函数的定义、与灵敏度函数的关系、高频滚降特性。

灵敏度与稳定性

灵敏度函数对稳定裕度的影响、增益裕度与相位裕度、灵敏度峰值约束。

稳定裕度峰值

灵敏度整形

通过控制器整形灵敏度函数、典型整形目标、低灵敏度与高带宽的折衷。

灵敏度与扰动抑制

输出扰动抑制、输入扰动抑制、灵敏度函数与扰动传递函数的关系。

灵敏度与跟踪性能

灵敏度函数与跟踪误差、低频灵敏度要求、积分作用与灵敏度。

灵敏度与噪声抑制

测量噪声的影响、补灵敏度函数与噪声带宽、高频滚降设计。

灵敏度与模型不确定性

乘性不确定性、加性不确定性、小增益定理与鲁棒稳定性。

不确定性鲁棒

灵敏度与性能极限

Bode积分定理的工程意义、水床效应、性能折衷的量化。

极限水床效应

灵敏度分析工具

MATLAB/Simulink灵敏度分析工具箱、频域响应分析、灵敏度函数绘图。

灵敏度分析案例

DC-DC变换器灵敏度分析、电机速度环灵敏度分析、飞行器姿态控制灵敏度分析。

补偿器设计基础

补偿器的类型（超前、滞后、滞后-超前）、补偿器的作用与适用场景。

补偿器分类

超前补偿器设计

超前补偿器的传递函数、相位超前原理、最大超前角频率、设计步骤与示例。

滞后补偿器设计

滞后补偿器的传递函数、相位滞后原理、低频增益提升、设计步骤与示例。

滞后-超前补偿器设计

滞后-超前补偿器的传递函数、结合两者优点、设计步骤与示例。

滞后-超前综合

PID补偿器设计

PID控制器的传递函数、比例-积分-微分作用、PID参数整定方法（Ziegler-Nichols、Cohen-Coon）。

基于灵敏度的PID整定

灵敏度函数约束下的PID参数优化、IMC-PID整定方法、鲁棒PID设计。

补偿器与灵敏度整形

利用补偿器实现灵敏度函数整形、超前补偿对灵敏度的影响、滞后补偿对灵敏度的影响。

补偿器与稳定裕度

补偿器对增益裕度和相位裕度的改善、补偿器与灵敏度峰值的关系。

补偿器与扰动抑制

补偿器对低频扰动的抑制能力、积分作用与扰动抑制、超前补偿对高频扰动的影响。

补偿器与跟踪性能

补偿器对跟踪误差的改善、低频增益与跟踪精度、积分作用与稳态误差。

补偿器与噪声抑制

补偿器对高频噪声的抑制、低通滤波与噪声带宽、补偿器的高频滚降设计。

补偿器与模型不确定性

补偿器对模型不确定性的鲁棒性、鲁棒补偿器设计方法、H∞混合灵敏度方法简介。

数字补偿器设计

连续域到离散域的转换方法（双线性变换、零极点匹配）、数字补偿器的实现、采样率选择。

补偿器实现与调试

模拟补偿器的电路实现、数字补偿器的代码实现、调试步骤与常见问题。

补偿器设计案例

Buck变换器电压环补偿器设计、永磁同步电机速度环补偿器设计、倒立摆平衡控制补偿器设计。

综合案例：基于灵敏度分析的补偿器优化设计

从灵敏度分析到补偿器设计的完整流程、多目标优化、工程实践中的折衷与取舍。