自动控制原理—第六章.pptVIP

自动控制原理 第6讲——控制系统的校正 6.1 控制系统校正的基本概念 6.2 控制系统的基本控制规律 6.3 超前校正装置及其参数的确定 6.4 滞后校正装置及其参数的确定 6.5 滞后-超前校正装置及其参数的确定 6.6 期望对数频率特性设计法 6.1 控制系统校正的基本概念 6.1.1 控制系统的性能指标 性能指标是用于衡量系统具体性能（平稳性、快速性、准确性）的参数，主要分为稳态性能指标与动态性能指标两大类 。 6.1.2 校正的一般概念与基本方法 校正方法有时域法、根轨迹法、频域法（也称频率法）。 校正的实质可以认为是在系统中引入新的环节，改变系统的传递函数（时域法），改变系统的零极点分布（根轨迹法），改变系统的开环波德图形状（频域法），使系统具有满意的性能指标。 这三种方法互为补充,且以频率法应用较为普遍。 校正装置：为保证系统性能所引入的装置（补偿装置）。 校正任务：选择校正方案，确定校正装置类型，计算具体参数，保证性能，即满足各项性能指标。 校正元件：电气、机械、气动、液压等。 校正的目的：围绕性能指标要求进行。 6.2控制系统的基本控制规律 6.2.1 校正的一般概念与基本方法 控制器Gc(s)常常采用比例、积分、微分等基本控制规律，或者这些规律的组合，其作用是对偏差信号整形，产生合适的控制信号，实现对被控对象的有效控制。 时域方程：m（t）= K pe（t） 传递函数为：Gc(s)=K p 相当于一个可调放大系数的放大器 K p↑，系统稳态精度提高 ，通频带展宽，快速性提高。但同时比例系数增大将使系统的相对稳定性降低。 由于单独采用比例控制器往往得不到理想的控制性能，所以一般与其他控制规律组合使用。 时域方程： 传递函数为：Gc(s)=Kp(1+?ds) 时域方程： 传递函数为： 时域方程： 传递函数为： 6.3超前校正装置及其参数的确定 6.3.1 相位超前校正装置及其特性 电路： 传递函数： 频率特性表达式： 相角位移： ?(?)=arctan?T-arctan(α?T) 6.3.2 系统超前校正的分析法设计 比较校正前后系统的性能，有 1）超前校正装置的正斜率段抬高了系统的开环对数幅频特性的中频段，使穿越频率由-40 dB/dec变为-20 dB/dec，并利用超前校正装置提供的最大相角超前量?m使系统的相位裕量由16.12°增加到42.4°，改善了系统的稳定裕量，使系统响应的最大超调量减小，系统平稳性改善。 2）系统的幅值穿越频率?c由3.46rad/s右移到4.55rad/s，系统带宽增加，快速性改善。 3）采用放大器补偿无源超前校正装置的衰减系数后，不改变系统的稳态精度。 4）高频段对数幅值上升，抗干扰性能有所下降。 总的来说，系统串联超前校正装置后，在保证稳态性能的前提下，改善了动态性能。 分析：已知结构、参数→数学模型→动、静态性能分析→性能指标与参数的关系 设计：实际→性能指标→选择控制方案、结构→参数、元器件→建立实用系统 设计问题更复杂： （1）答案不唯一 （2）选择结构、参数时，在满足性能指标上→相互矛盾→需折中，复杂化 （3）技术要求、经济性、可靠性、安装工艺、使用环境、能源供应、物理实现等问题。 校正问题： 系统的基本组成部分（被控对象、测量元件、功率放大元件、执行元件等），按照反馈控制原理可联成基本控制系统。但往往难以满足性能要求，需要在系统原有结构上加入新的附加环节，作为同时改善系统稳态性能和动态性能的手段。 系统的校正（设计）：在不改变系统基本部件的前提下，选择合适的校正装置，确定参数、满足各项性能要求。 一、稳态性能指标 系统的稳态性能与开环系统的型别v与开环传递系数K有关，常用静态误差系数衡量： 1）静态位置误差系数Kp=1+K：反映闭环系统跟踪阶跃信号的能力。 2）静态速度误差系数Kv=K：反映闭环系统跟踪斜坡信号的能力。 3）静态加速度误差系数Ka=K：反映闭环系统跟踪加速度信号的能力。 误差系数越大，稳态误差ess就越小。 二、动态性能指标 分为三类，常用的性能指标主要有： 1.时域指标：最大超调量σ%（反映平稳性）、调节时间ts（反映快速性）。 2.频域指标： 1）开环频域指标： 稳定性指标：相位裕量?、幅值裕量Lh、中频段宽度h； 快速性指标：幅值穿越频率?c。 2）闭环频域指标：谐振峰值Mp（反映平稳性）、频带宽度?b（反映快速性）。 3）复域指标： 常用闭环系统的主导极点所允许的最小阻尼比ζ（反映平稳性）与最小无阻尼自然振荡