自控课件 第6章.pptVIP

第六章 频率法校正 6.1 频率法校正的基本概念 6.2 串联超前校正 6.3 串联滞后校正 6.4 相位滞后-超前校正 6.5 期望串联校正 6.6 并联校正 6.7 PID控制器 凑试法是通过模拟（或闭环）运行观察系统的响应（例如，阶跃响应）曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID的调节参数。增大比例系数Kp一般将加快系统的响应，这有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。Td有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但对于干扰信号的抑制能力将减弱。在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤。其具体步骤如下： 　　 首先整定比例部分。将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差小到允许的范围之内，并且响应曲线已属满意，那么只需要用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。 当仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节。整定时，首先置积分常数Ti为一个较大值，经第一步整定得到的比例系数会略为缩小（如减小20%），然后减小积分常数，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复修改比例系数和积分常数，直至得到满意的效果和相应的参数。 　　 　 若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节。在整定时，先置微分常数Td为零，在第二步整定的基础上，增大Td，同时相应地改变Kp和Ti，逐步凑试，以获得满意的调节效果和参数。　应该指出，在整定中参数的选定不是惟一的。事实上，比例、积分和微分三部分作用是相互影响的。从应用角度来看，只要被控制过程的主要性能指标达到设计要求，那么比例、积分和微分参数也就确定了。下表给出了一些常见的调节器参数选择范围。 * * 6.1 频率法校正的基本概念 一、性能指标 1.时域性能指标： 静态指标：稳态误差；无差度阶数；开环放大系数等。 动态指标：调节时间；超调量；上升时间、峰值时间和振荡次数等。 2.开环频率特性指标： 截止频率；相角稳定裕度；幅值稳定裕度；中频宽度。 二、对数幅频特性与系统性能关系 ①如图所示的系统，无差度除数ν=1，开环放大倍数K=10，其稳态误 差Kp=∞，Kv=10。 ②为了使系统稳定并有足够的稳定裕度，截止频率ωc处的斜率应为 -20dB/dec并有一定的宽度。ωc的数值与时域指标中的ts和tr有关。 ③高频段特性反映了系统的抗高频干扰能力，这部分特性衰减越快，系统 的抗干扰能力越强。 上述的结论表明，频率校正的实质就是引入校正装置的特性去改变原系统开环对数幅频特性的形状，使其满足给出的性能指标。 三、校正方式 两种常用的校正方式： 1、串联校正 2、并联校正 6.2 串联超前校正 一、相位超前校正装置 1．电路 2.传递函数 3.频率特性 二、校正原理 用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。由于RC组成的超前网络具有衰减特性，因此，应采用带放大器的无源网络电路，或采用运算放大器组成的有源网络。 一般要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点： ①低频段的增益充分大，满足稳态精度的要求； ②中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能； ③高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。 三、校正方法 方法多种，常采用试探法。 总体来说，试探法步骤可归纳为： 1.根据稳态误差的要求，确定开环增益K。 2.根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的博特图，量出(或计算)未 校正系统的相位裕度。若不满足要求，转第3步。 3.由给定的相位裕度值，计算超前校正装置应提供的相位超前量(适当增加一余量值)。 4.选择校正装置的最大超前角频率等于要求的系统截止频率，计算超前网 络参数a和T ；若有截止频率的要求，则依该频率计算超前网络参数a和T。 5.验证已校正系统的相位裕度；若不满足要求，再回转第3步。 例 某单位反馈系统的开环传递函数如下， 设计一个超前校正装置