第六章 控制系统的校正及综合.ppt

§6-3.串联滞后校正 指标要求 Kv=5 γ400 Kg10dB 例6-2 ② 校正前系统的bode图 可以求到 γ（ωc）=-200 Kg=-6dB ③ 相频特性 Ψ（ω）=-1800+400+100=-1300 ωc=0.5 M（ωc）=20dB 解： ①确定K §6-3.串联滞后校正 §6-3.串联滞后校正 ⑤选择 则ω1=1/βT=0.01 于是得校正网络 ④ 为使系统在ωc=0.5时幅值衰减为0dB， 则必须 -20lgβ=-20 β=10 校正后的系统Bode图如红色曲线所示 验证:γ=400 Kg=11dB 满足要求。 §6-3.串联滞后校正 Kv γ（ωc） 低频段 改善系统稳态 指标特性 滞后网络校正 Kv γ（ωc） 中频段 改善系统暂态 指标特性 超前网络校正 作用 区域 主要作用 指标要求 特点网络 超前网络校正和滞后网络校正的比较 §6-3.串联滞后校正 在工程实际中，了解校正装置的控制规律对选择校正装置及校正方式很有必要。一般包含校正装置在内的控制器常常采用的控制规律有比例、微分、积分等基本控制规律，或者采用这些基本控制规律的某些组合，如比例-微分、比例-积分、比例-积分-微分等组合控制规律。 线性系统的基本控制规律 附：线性系统的基本控制规律 式中，Kp为控制器的增益或放大倍数，提高比例控制器的增益即可提高系统的放大倍数。 1. 比例(P)控制作用 具有比例控制规律的控制器称为比例(P)控制器，如图所示，它就是一个放大倍数可调的放大器。其输入输出之间的关系为 附：线性系统的基本控制规律 在系统中增加比例放大倍数 Kp ，既可以减小系统的稳态误差，提高系统的稳态精度；又可以提高系统的响应速度，但有可能降低系统的稳定性，严重时造成系统不稳定。 当不加入比例控制器, 即Kp=1 时，闭环系统传递函数 设被控对象传递函数 附：线性系统的基本控制规律 当加入比例控制器Kp1后，闭环传递函数为 ① 可见，T′ T ，加入比例控制器后，系统时间常数减小，过渡过程加快，响应速度提高，且 Kp越大，T越小。 由于系统开环放大倍数 KpK0 K0 ，故稳态误差减小，且 Kp越大，误差越小，精度越高。 附：线性系统的基本控制规律 从下图可见，增加比例系数 Kp ，使对数幅频特性向上平移， ωc增大，系统响应速度提高，但相位裕度γ 减小，系统的相对稳定性降低，严重时有可能使系统变得不稳定。因此，在系统设计时很少单独使用比例控制器。 附：线性系统的基本控制规律 2.比例微分(PD)控制作用 具有比例微分控制规律的控制器称为比例微分(PD)控制器，如图所示，其输入输出关系为 附：线性系统的基本控制规律 设被控对象传递函数 不加比例微分控制器时，闭环系统传递函数为 其特征方程为： 系统的阻尼比ξ = 0 ，可见，系统处于无阻尼状态，其输出呈现等幅振荡形式，即系统不稳定。 当给系统加入上述比例微分控制器时，闭环传递函数为 附：线性系统的基本控制规律 * * 学习重点 ： 了解控制系统校正的基本思想方法和过程； 熟练掌握典型串联校正的基本原理及设计方法； 了解三种串联校正的特点和适用范围，掌握基本的校正步骤； 理解和掌握串联校正的设计思想和校正步骤； 了解引入反馈、前馈校正的目的，掌握前馈校正的设计思想。 §6 自动控制系统的综合与校正 自动控制原理研究的内容有两方面：一方面已知控制系统的结构和参数，研究和分析其静、动态性能，称此过程为系统分析。本书的第 3 章～第 5 章就是采用不同的方法进行系统分析；另一方面在被控对象已知的前提下根据实际生产中对系统提出的各项性能要求，设计一个系统或改善原有系统，使系统静、动态性能满足实际需要，称此过程为系统校正。本章就是研究控制系统校正的问题。 §6 自动控制系统的综合与校正 §6-1 控制系统校正的一般概念 §6-1 控制系统校正的一般概念 一.校正过程 一个单输入单输出系统如图所示， 是控制系统的不可变部分，即被控对象， 是反馈环节。 所谓校正，就是在工程实际中，根据对系统提出的性能指标要求，选择具有合适的结构和参数的控制器，使之与被控对象组成的系统满足实际性能指标的要求。 系统校正又称系统综合。校正的实质就是在系统中加入一定的机构或装置，使整个系统的结构和参数发生变化，即改变系统的零、极点分布，从而改变系统的运行特性，使校正后系统的各项性