第6章 校正.ppt

第6章 控制系统的综合校正 6.1 系统校正基础 6.2 串联超前校正 6.3 串联滞后校正 6.4 串联滞后-超前校正 6.5 PID控制器 6.6 串联校正的期望特性法 6.7 局部反馈校正 6.8 复合校正 6.1 系统校正基础 1. 校正的基本概念 系统分析：在系统的结构、参数已知的情况下，分析计算出它的性能。 在系统设计中，当设计方案确定后，原始系统除放大器增益可调外，其结构参数都不能任意改变，将这些部分称之为“不可变部分”。这样的系统常常不能满足要求。 系统校正：在系统不可变的基础上，引入一些结构和参数可以根据需要而改变的校正装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标的要求。 2.性能指标 稳 定 性－－是系统工作的前提， 稳态性能－－反映了系统稳定后的精度， 暂态性能－－反映了系统响应的平稳性和快速性。 3. 校正方式 6.2 串联超前校正 当输入正弦信号时，稳态输出正弦信号的相位超前于输入信号的校正装置称为超前校正装置。将该装置串接入系统中对系统进行校正的过程称为串联超前校正 。 6.2.1 超前校正装置及特点 超前装置的伯德图: 由图可见， 越大， 越大。当 的取值在3~20之 间时， 增加较快，超前作用显著。 2. 超前校正网络 超前校正网络可由有源和无源网络来实现 6.2.2 串联超前校正设计 基本原理 串联超前校正，是用超前校正网络的去补偿原系统相位裕量的不足，以改善系统的动态品质。设计中一般会将选择在比原系统稍大的地方，若能使接近校正后系统的截止频率，就可以充分发挥最大超前相角的作用，获得较好的平稳性与快速性。 串联超前校正设计的基本原理：利用超前校正装置的相位超前特性，使最大相位超前角叠加在校正后系统的幅值穿越频率处，即 ，以提高系统的相位裕量，从而改善系统的暂态性能。 串联超前校正设计步骤 （6）根据选定的 和 确定校正装置的两个转角频率，确定校正装置并画出校正装置的伯德图。 解：（1） 根据静态误差系数的要求，确定开环增益 （2）绘制原系统的开环伯德图，如图中的 和 。由图求出原系统 ，相位裕量 ，不满足给定的相位裕量要求。 （3）根据要求的相位裕量 ，计算需要增加的相位超前角 ( 取 ) （4）确定 值 （5）确定超前校正装置的 ，即校正后幅值穿越频率 校正装置在点 处的对数幅频值 在原系统 幅频值为 的频率，即为校正后的幅值穿越频率 。由对数幅频特性渐近线斜率的特点，有 解得 （6）确定校正装置的两个转角频率 超前校正装置的传递函数 （7）校正后系统的开环传递函数为 校正后相位裕量 超前校正后 ， ， 从 增加到 。 原系统的动态性能得到改善，满足设计要求。 例6-1系统开环伯德图 6.3 串联滞后校正 滞后校正装置的传递函数为： 滞后装置的伯德图: 常用滞后校正网络： 6.3.2 串联滞后校正设计 1. 设计原理 因为用频率特性法设计校正装置时，总是以稳态性能的要求先确定开环放大系数，再来设计校正装置的参数使系统达到暂态性能的要求。因此滞后校正的设计问题，就是讨论在稳态性能满足设计要求的情况下改善暂态性能的方法。 串联滞后校正的基本原理：是利用滞后校正装置的高频衰减特性，降低系统的幅值穿越频率，从而使系统获得足够的相位裕量，以改善系统的稳定性。 （1）根据稳态误差或静态误差系数确定系统的开环增益 ,并绘制原系 统的开环伯德图，计算频域性能指标 和 。 （2）在原系统的开环相频特性曲线上，找出能够满足相位裕量的要求的 频率为校正后的幅值穿越频率 ，即 式中， 为补偿滞后网络在截止频率 处产生的滞后相角，通常取 。 （3）在原系统的对数幅频特性上读取或计算选定 的处的对数幅 值 ，并令 ，确定参数 。