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25.4 : PD 控制的频域解释

比例微分 (PD) 控制器广泛用于风扇控制系统,以提高稳定性和性能。可以使用波特图有效地表示风扇控制系统,以说明 PD 控制器通过其传递函数的影响。波特图直观地传达了 PD 控制如何在不同频率上修改风扇的响应,从而提供了控制器行为的频域解释。

比例控制增益与系统的串联增益相结合,使控制器在零频率时的增益标准化。波特图显示了 PD 控制器的高通滤波特性,其中误差信号的高频分量被放大,而低频分量被衰减。此特性提高了系统的增益交叉频率,因此需要仔细放置转角频率以改善相位裕度。

PD 控制增强了风扇速度的阻尼,显著减少了过冲和振荡,从而缩短了达到和稳定所需速度的时间。阻尼效果增强是因为 PD 控制器能够预测和抵消误差信号的变化,从而提供更灵敏、更稳定的控制机制。

此外,PD 控制器还拓宽了系统的带宽,从而能够有效控制更大范围的风扇速度。这种拓宽改善了增益裕度、相位裕度和谐振峰值等关键稳定性指标,确保了一致可靠的风扇速度控制。增强的带宽和稳定性裕度意味着更好的性能和对不同运行条件的适应性。

然而,PD 控制器的高通特性会放大高频噪声,从而可能破坏平稳的风扇转速控制。这种噪声放大需要仔细的设计考虑以减轻其影响。此外,PD 控制器的物理实现可能需要大电容,这会增加控制系统的整体尺寸和成本。

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PD ControllerFan Control SystemBode PlotTransfer FunctionFrequency DomainProportional Control GainHigh pass Filter CharacteristicsGain crossover FrequencyPhase MarginDampingOvershootOscillationsBandwidthStability MetricsGain MarginPhase MarginResonant PeakHigh frequency Noise

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