第六章 线性控制系统的校正课件.pptVIP

被控对象确定后，根据要求的控制目标，对控制器进行设计的过程叫作系统校正。 1.控制系统设计和校正 设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，进行控制系统设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成自动控制任务。 2.校正问题的三要素 1. 常用时域性能指标（主要对阶跃响应定义） 超调量、调节时间、上升时间、稳态误差等。 3. 常用的复数域指标 通常以系统闭环极点在复平面的分布区域来定义。 Remarks: 根据校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，可将其作如下分类： 1. 频率法 基本思想：利用适当校正装置的Bode图，配合开环增益调整来修改原来开环系统Bode图，使得开环系统经校正和增益调整后的Bode图符合性能指标要求。 一、线性系统的基本控制规律 1.比例( P )控制规律 具有比例控制规律的控制器，称为比例(P)控制器称为比例控制器增益。 改变了系统的极点 加大控制器增益Kp，会降低系统的相对稳定性 讨论： 2、微分(D)控制规律 3、比例-微分( PD )控制规律 讨论： 4、积分( I )控制规律 具有积分控制规律的控制器，称为积分(I)控制器。 其中Ti为可调比例系数。 由于积分控制器的积分作用，当输入信号消失后，输出信号有可能是一个不为零的常量。 讨论： 5、比例—积分( PI )控制规律 具有比例—积分控制规律的控制器，称为比例－积分(PI)控制器。 其中Kp为可调比例系数，Ti为可调积分时间常数。 讨论： 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。 6、比例－积分－微分( PID )控制规律 具有比例－积分－微分控制规律的控制器，称为比例－积分－微分( PID )控制器。 若4Td /Ti ＜1，则 式中 Remarks: 利用PID控制器校正时，除可使系统的型次提高一级外，还将提供两个负实零点。 超前校正装置对系统性能有如下影响： 超前校正和迟后校正的区别与联系 当未校正系统不稳定，系统指标既要考虑稳态性能又要动态性能指标（响应速度、相位裕度）时，仅用一种校正方式难以实现，这时可考虑串联滞后-超前校正装置。 基于频率法的校正 相位超前校正、相位滞后校正、 相位超前-滞后校正 基于根轨迹法的校正 给定时域性能指标 基本控制规律：PID控制 对应上面三种情况的BODE图： 基本原理： 利用超前网络或PD控制器的相角超前特性 应用超前校正的几个限制条件： 1、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导致系统不稳定） 2、原系统在剪切频率附近相角迅速减小的系统不适用该校正方法 基本作用： 提供系统低频响应增益，减小稳态误差，同时保持暂态性能不变 利用迟后校正装置的高滤波特性，使高频响应增益减小，剪切频率降低，提高相角裕度 采用相位滞后网络校正系统的步骤为： 1、由对稳态误差要求确定开环增益K； 2、画出未校正系统BODE图； 3、在未校正系统Bode图中确定与要求的相角裕度对应的频率ωc1 、相角裕度γ1； 4、计算未校正系统对应ωc2的相角裕度γ2 =γ+ ε (ε=10~15°)，计算将其衰减到0需要的β。 5、确定两个转折频率 6、验证 例6-2 单位负反馈系统的开环传递函数为 试设计迟后校正装置以满足 (1)系统开环增益K=8 (2) 作业 6-2 6-3 6-4 6-7 * PI控制器的Bode图 0o -45o -90o 0 -20 * * * 增加的极点可以提高系统的型次，消除或减小系统稳态误差，改善系统稳态性能； 增加的负实零点可提高系统的阻尼程度，缓和PI控制其极点对系统稳定性产生的影响 在实际控制系统中，PI控制器主要用来改善系统稳态性能。 * * * * 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，从而在提高系统动态性能方面，具有更大优越性。 工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。其各部分参数的选择，将在现场调试时最后确定。 第六章 线性控制系统的校正 主讲人：罗小元 燕山大学电气学院自动化系 Email: xyluo@ysu.edu.cn * 主要内容 6.1 系统校正设计基础 6.2 PID控制 6.3 相位超前/迟后校正装置及其特性 6.4 串联校正 相位超前校正、相位滞后校正、 相位超前-滞后校正 反馈校正 PD校正装置—高通滤波器 PID校正装置—带通滤波器 PI校正装置—低通滤波器 低通滤波器 高通滤波器 6.3 相位超前/迟后校 正装置及其特性 从滤