第七单元 控制系统的性能分析与校正.pptVIP

第七章 控制系统的性能分析与校正 7-1　系统的性能指标 7-2　系统的校正概述 7-3　串联校正 7-4 反馈校正 例题分析 课后习题 7-1　系统的性能指标 系统的性能指标，按其类型可分为： （１）时域性能指标，它包括瞬态性能指标和稳态性能指标； （２）频域性能指标 （３）综合性能指标（误差准则） 一个好的系统其开环伯德图特点（通过开环伯德图来评价系统的品质）：1、低频段增益要高（精度好）2、穿越频率要大（快速性好）3、穿越频率低利率为-20dB/dec（稳定性）4、高频段误差要快（抗干扰） 开环系统频率特性的低频段表征了闭环系统的稳态性能，中频段表征了闭环系统的动态性能，高频段表征了闭环系统的复杂性和噪声抑制性；故应使低频段增益足够大，以保证稳态误差要求，中频段对数频率特性在-20dB/dec并占据充分宽的频带，以保证系统具有适当的相角裕度，高频段增益尽快减小，以削弱噪声影响。 一、时域性能指标 常用的时域（阶跃响应、斜坡响应）指标： 最大超调量或最大百分比超调量（越小越好） 调整时间（越小越好） 峰值时间（越小越好） 上升时间（越小越好） 静态位置误差系数（越大越好） 静态速度误差系数（越大越好） 静态加速度误差系数（越大越好） 二、开环频域指标 开环截止频率（与快速性有关） 相位裕量（从开环伯德图来看，但指的是闭环系统） 幅值裕量 三、闭环频域指标 谐振角频率 相对谐振峰值 复现频率 闭环截止频率与闭环带宽 说明： １、可采用综合性能指标　　　　　　 来评估系统的优劣，可作为设计最优系统的目标函数。 ２、积分上限　　 可在实际使用时用有限足够长的值。 ３、该综合性能指标重视大误差（初始段）忽略小误差（稳定段），因误差很大时，平方后会更大。 ４、尚有　　　　　 等性能指标；其中　　　　　 性能指标（称ITSE指标）是最好的性能指标，强调瞬态响应后期出现的误差加权t，t越大，权越大，相似的，有 7-2　系统的校正概述 系统校正的矛盾： 稳定性与快速性的矛盾 稳定性与控制精度的矛盾 校正装置按在系统中的联结方式可分为串联校正、反馈校正、顺馈校正和干扰补偿。 　7-3　串联校正 一、串联校正（解决稳定性和快速性的问题，中频段） 其幅值物性具有正低利率段，相频曲线具有正相移。正相移表明，网络在正弦信号作用下的稳态作用下的稳态输出电压，在相位上超前于输入，所以称为超前网络。 超前网络的最大超前角 此点位于几何中点上，对应的角频率为 超前校正很难使原系统的低频特性得到改善。如进一步提高开环增益，使低频段上移，则系统的平稳性将有所下降。幅频特性过分上移，还会削弱系统抗高频干扰能力。所以超前校正对提高系统的稳态精度的作用是很小的。而为了使系统的响应快，超调小，可采用超前串联校正。 二、滞后校正（可以提高精度，解决低频段问题） 由于传递函数的分母的时间常数大于分子的时间常数，所以对数渐近幅频曲线具有负斜率段，相频曲线出现负相移。 滞后补偿网络相当于一低通滤波器：对低频信号不产生衰减，而对高频信号有衰减作用。 越小，高频信号衰减得越大。 串联滞后校正并没有改变原系统最低频段的特性，故对系统的稳态精度不起破坏作用。相反，往往还允许适当提高开环增益，进一步改善系统的稳态精度。 对于高精度，而快速性要求不高的系统常采用滞后校正，如恒温控制等。 滞后校正并不是利用相角滞后作用来使原系统稳定的，而是利用滞后校正的幅值误差作用使系统稳定的。 三、滞后—超前校正 超前网络串入系统，可增加频宽提高快速性，但损失增益，不得稳态精度，滞后校正则可提高平稳性及稳态精度，而降低了快速性。若同时采用滞后和超前校正，将可全面提高系统的控制性能。 四、PID调节器 1、PD调节器 其作用相应于超前校正。 2、PI调节器 其作用相应于滞后校正。 3、PID调节 其作用相当于滞后—超前校正。 7-4 反馈校正 从控制的观点来看,反馈校正比串联校正有其突出的特点，它能有效地改变被包围环节的动态结构和参数；另外，在一定的条件下，反馈校正甚至能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰，给系统带来的不利影响。 反馈的功能： 1、比例负反馈可以减弱为其包围环节的惯性，从而将扩展该环节的带宽。 2、负反馈可以减弱参数变化对控制性能的影响。 3、负反馈可以消除系统不可变部分中不希望有的特性。 一、利用反馈校正改变局部结构和参数 1、比例反馈包围积分环节 2、比例反馈包围惯性惯性环节 3、微分反馈包围惯性环节 4、微分反馈包围振荡环节（广泛用于液压系统中） 二、利用反馈校正取代局部结构 *7-5 用频率法对控制系统进行设计与校正 典型系统的希望对数频率特性 频率法的根本点是根据对系统提出的性能指标要求