第6章线性系统的校正方法.ppt

第6章 线性系统的校正方法 系统的设计与校正概念 常用的校正装置及其特性 串联校正 局部反馈校正 二、串联迟后校正 运用迟后校正网络或PI控制器进行串联校正是利用迟后网络（PI控制器）的高频幅值衰减特性，通过降低校正后系统的截止频率，来获得系统较大的相角裕度。 应用迟后校正的场合： （1）对系统响应速度要求不高，对噪声抑制要求较高的场合； （2）未校正系统动态性能已经具备，稳态精度不能满足要求，保持动态性能不变。 设系统为单位反馈最小相位系统，迟后校正网络设计步骤： （1）根据稳态误差要求，确定开环增益K； （2）利用已确定的开环增益，绘制未校正系统的对数频率特性 ，确定截止频率 、相角裕度 和幅值裕度 ； （3）选择不同的 ，计算或查出不同的 ，在伯德图上绘制 曲线； （4）根据相角裕度 要求，选择已校正系统的截止频率 ；考虑迟后网络相位影响后的相角裕度 （5）确定迟后网络参数b和T： 设计举例：设单位反馈控制系统的开环传递函数为 要求： 试设计串联校正装置。 解： 未校正系统不稳定，截止频率远大于要求值，通过串联单个超前校正环节不可能产生如此大的相位超前角，一种方案用两级串联校正装置；另一种方案采用迟后校正。 校验： 若校验结果还不能完全满足设计要求，需要进一步调整截止频率或附加的迟后环节相位补偿量 串联超前校正和串联迟后校正的比较： （1）超前校正：利用相位超前特性 迟后校正：利用高频段幅值衰减特性 （2）超前校正：要附加放大倍数 迟后校正：不需要附加放大倍数 （3）超前校正：截止频率提高，带宽大于迟后校正，改善系统动态特性 迟后校正：降低截止频率，使得系统响应变慢 三、串联迟后-超前校正 当未校正系统不稳定，系统指标既要考虑稳态性能和动态性能指标（响应速度、相位裕度）时，仅用一种校正方式难以实现，这时可考虑串联迟后-超前校正装置。 串联迟后-超前校正设计步骤： （1）根据稳态性能确定开环增益K； （2）绘制未校正系统的对数幅频特性，求未校正系统的截止频率、相角裕度、幅值裕度 （3）确定超前网络的交接频率 ：在未校正系统对数幅频特性上选择 -20dB/dec 变为 -40dB/dec的交接频率作为 （4）由响应速度选择截止频率 和校正网络衰减因子 （5）根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频率 （6）校验 由未校正系统对数幅频特性的-20dB/dec的延长线在 处的值确定。 设计举例：设未校正随动系统开环传递函数为 设计校正装置，使系统性能满足以下要求： （1）最大指令速度180（o)/s ，位置误差不超过1o （2）相角裕度为 （3）幅值裕度不低于10dB （4）调节时间不超过3（s) * * 本章主要内容与重点 本章主要内容 本章介绍了控制系统校正的基本概念、常用校正方法和常见校正装置的特性，主要阐述了利用频率特性和根轨迹进行串联超前、滞后以及超前—滞后校正的原理和基本方法，同时简要介绍了局部反馈校正的原理。 本章重点 要求掌握系统校正的基本概念、校正方法和校正装置的特性与用途,重点掌握频率特性法和根轨迹法进行系统串联超前、滞后以及超前—滞后校正装置综合的原理和方法,以及何时采用何种校正方法等问题,同时深入了解局部反馈校正的原理和方法。 6-1 系统的设计与校正问题 当被控对象给定后，设计一个实际的控制系统一般要确定： （1）根据所要求的被控信号的最大速度或速度等，初步选择执行元件的形式、特性和参数。 （2）根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素，选择测量元件。 （3）根据执行元件的功率要求，选择功率放大器；根据系统设计增益的要求确定增益可调的前置放大器。 若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数，不能使得系统性能指标满足要求，则要在系统中加入参数及特性可调整的校正装置。 主要三种校正方法：串联校正、反馈校正、复合校正。 性能指标 电动机控制系统：（1）直流电动机调速系统对速度平稳性、稳态精度要求较高；（2）随动系统对于系统输出对系统输入的跟踪速度要尽可能快，系统的快速性。 生产过程（石油化工、生物工程、热力工程等）：系统输出（温度、流量、压力等）平稳、稳态精度。 性能指标的确定要考虑物理可实现性、经济性 设计方法：（1）根轨迹法校正 时域性能指标：单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等；（2）频率法校正 频域性能指标：相角裕度、幅值裕度、谐