第七章 系统校正.ppt

7.1 概述;7.1.1 校正的概念 ;7.1.2 系统的性能指标; 分析系统的性能指标能否满足要求以及如何满足要求，一般可分三种不同情况： ;1．时域性能指标 ;（2）稳态性能指标;（2）闭环频域指标是通过系统闭环幅频特性曲线给出的频域性能指标： ;称为复现带宽或工作带宽。 ;都与系统的带宽;图7.2 系统Ⅰ、Ⅱ的框图;图7.3 系统响应曲线;3．综合性能指标(误差准则);（7.1）;图7.5 单位反馈惯性系统;(2) 误差平方积分性能指标 ;(3) 广义误差平方积分性能指标 ;7.1.3 校正方式;图7.8 顺馈校正;7.2 串联校正;图7.11 增益校正前后的Bode图;校正后系统的传递函数为 ; 但是，仅仅调整增益是难以同时满足静态和动态性能指标，其校正作用有限，如加大开环增益虽可使系统的稳态误差变小，但却使系统的相对稳定性随之下降。;从式（7.5）可知，该校正网络由比例环节、一阶微分环节和惯性环节的串联组成。并且，;此相位超前环节的频率特性为：;即; 采用上述串联相位超前校正，其实质是对原系统在中频段的频率特性实施校正，它对系统性能的改善体现在以下两个方面：;【例7.4】图7.15所示为一单位反馈控制系统，给定的性能指 标如下： ;图7.16 校正前开环频率特性Bode图;③ 确定系统所需要增加的相位超前角;从图7.16上可以找到幅值为－6.2dB时的频率;校正前系统的闭环传递函数（K＝20）为; 综上所述，串联超前校正环节增大了相位裕量，加大了带宽。这就意味着提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，使过渡过程得到显著改善。但由于系统的增益和型次都未改变，所以稳态精度变化不大。;7.2.3 相位滞后校正 ;对式（7.11）求导且;附近，一般取;(2) 采用Bode图进行相位滞后校正的步骤;图7.20 滞后校正前后系统的开环Bode图;（5）确定;相位滞后校正环节的频率特性为;图7.21 滞后校正前后系统的单位阶跃响应;7.2.3 相位滞后－超前校正 ; (取;【例7.6】 设单位反馈系统的开环传递函数为;图7.23 滞后－超前校正前后系统的渐近Bode图;超前部分的零点转折频率,;图7.24 滞后－超前校正前后的系统Bode图;7.3 PID校正 ;为比例系数；;（3）微分环节。反映误差信号的变化趋势（变化速率），并能 ???误差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正 信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。;式中，;原系统的开环传递函数 ;图7.28 微分作用的波形图; 由此看出，微分控制反映了输入信号的变化率，能给出系统提前制动的信号，所以微分控制实质上是一种“预见”型控制，它的显著特点是具有超前作用。 ; 微分控制反映误差e(t)的变化率，只有当误差随时间变化时，微分作用才会对系统起作用，而对无变化或缓慢变化的对象是不起作用的，因此微分控制在任何情况下不能单独地与被控制对象串联使用，而只能构成PD或PID控制.;式中，;有“记忆”功能。积分控制可以减小系统稳态误差，提高系统的控制精度。积分作用的显著特点是无差控制。但简单引入积分控制可能造成系统结构的不稳定。通常在引入积分控制的同时引入比例控制，构成PI控制器，PI控制器的传递函数为 ;(2) PI有源网络 ;3．PID控制器及其相应的有源网络 ;称为PID控制器的积分时间常数； ;(2) PID有源网络 ; 典型二阶系统的开环Bode图如图7.32所示，其开环传递函数（单位反馈系统）为;为无阻尼固有频率；;rad/s，相位裕量;图7.34 PD校正的Bode图;所以，未校正系统的开环传递函数为;由图7.34可知校正后的幅值穿越频率;7.4 反馈校正 ;1．位置反馈校正 ;，则系统的传递函数为：;2．速度反馈校正 ;的转速旋转。;本身，即反馈。;反馈回路为一比例环节，其传动比为系统的增益； ;这是用位置反馈包围积分环节。;② 若;③ 若;④ 若;择适当的;性也较稳定，前向通道中的非线性因素、元件参数不稳定等不利因素均可得到消弱。 ;因而可得 ;（4）利用反馈抑制低频干扰 ;要抑制噪声;本章小结 ;使用时，直接删除本页！;使用时，直接删除本页！;使用时，直接删除本页！;校正装置