自动控制原理（全套课件737P）.ppt

自动化专业 分析和设计任何一个控制系统，首要任务是建立系统的数学模型。 建立数学模型的方法分为解析法和实验法 系统的动态结构图由若干基本符号构成。构成动态结构图的基本符号有四种，即信号线、方框、综合点和引出点。 此时s1,s2为一对共轭复根，且位于复平面的左半部。 ②特征根分析— （临界阻尼） 此时s1,s2为一对相等的负实根。 s1 s2 -?n ③特征根分析— （过阻尼） 此时s1,s2为两个负实根，且位于复平面的负实轴上。 ④特征根分析— （零阻尼） 此时s1,s2为一对纯虚根，位于虚轴上。 S1,2 ?j?n ⑤特征根分析— （负阻尼） 此时s1,s2为一对实部为正的共轭复根，位于复平面的右半部。 ⑥特征根分析— （负阻尼） 此时s1,s2为两个正实根，且位于复平面的正实轴上。 劳思判据的特殊情况一 劳思判据的特殊情况二 根轨迹分离点 两条或两条以上的根轨迹分支在 s 平面上相遇 又立即分开的点称为分离点（会合点）。 分离点的坐标 d 由下列方程所决定： 令 例如：开环极点变化时的根轨迹 本章要求 一、了解离散系统的基本概念 二、掌握采样系统信号采样与保持的基本概念 三、重点掌握Z变换与Z反变换的方法 四、了解离散系统的数学模型 五、重点掌握采样系统脉冲传递函数的求法 六、了解离散系统的稳定性与稳态误差 七、了解离散系统的动态性能分析 三、串联滞后-超前校正 1．滞后-超前校正装置 1 无源滞后-超前校正装置 c1 uc R1 ur + - - + R2 c2 传递函数为： Gc s 1+ T1 S 1+T2 S 1+αT1S 1+ T2 α S αT1 T1 T2 T2 / α 其中： 第三节 串联校正 滞后-超前校正装置的伯德图 0 -20dB/dec +20dB/dec T2 α 0 ω φ ω L ω /dB ω 滞后校正部分： 超前校正部分： 1+ T1S 1+αT1S 1+ T2S 1+ T2 α S 1 T1 1 T2 α 1 T1 第三节 串联校正 2 有源滞后—超前 校正装置 - ∞ + + R2 R1 ur uc R3 c1 R4 c2 传递函数为: Gc s 1+T0S 1+T3S Kc 1+T1S 1+T2S 式中: R2+R3 Kc R1 T0 R2C1 T2 R2+R3 C2 C1 R2+R3 T1 R2R3 T3 R4C2 令: T0 T1 T2 T3 R3 R2+R3 Kc 1 a 1 T0 T1 T2 T3 T2 S a Gc s 1+aT1S 1+ Kc 1+T1S 1+T2S 第三节 串联校正 2．滞后-超前校正装置的设计 如果对校正后系统的动态和稳态性能均有较高的要求，则采用滞后— 超前校正。利用校正装置的超前部分来增大系统的相位裕量改善动态性能；又利用校正装置的滞后部分来改善系统的稳态性能。 第三节 串联校正 第一节 系统的设计与校正问题 相位裕量增加，稳定性提高； ?c增大，快速性提高 Kp＝1时，系统的稳 态性能没有变化。 高频段增益上升，可 能导致执行元件输出饱和，并且降低了系统抗干扰的能力； PD控制通过引入微分作用改善了系统的动态性能 （3）积分 I 控制 第一节 系统的设计与校正问题 串联校正时, 采用积分控制器可以提高系统的型别 Ⅰ型系统, Ⅱ型系统等 , 有利于系统稳态性能的提高, 但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点, 使信号产生90°的相角滞后, 对系统的稳定性不利。因此, 在控制系统的校正设计中, 通常不宜采用单一的积分控制器。 第一节 系统的设计与校正问题 （4）比例-积分 PI 控制 串联校正中, PI控制器相当于在系统中增加一个位于原点的开环极点, 同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。增加的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差, 改善系统稳态性能; 而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度, 缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。 只要积分时间常数Ti足够大, PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在实际控制系统中, PI控制器主要用来改善系统稳态性能。 第一节 系统的设计与校正问题 （5）比例-积分-微分 PID 控制 第一节 系统的设计与校正问题 第一节 系统的设计与校正问题 可见, 当利用PID控制器进行串联校正时, 除可使系统的型别提高一级外, 还将提供两个负实零点。与PI控制器相比, PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外, 还多提供一个负实零点, 从而在提高系统的动态性能方面, 具有更大的优越性。因此