第十章反馈控制系统设计PPT.pptVIP

第十章 反馈控制系统设计 The Design of Feedback Control Systems;引例：如图： 问：系统是否满足在 r(t)=t 作用下的ess≤0.01，相角裕度 Φpm ≥30o，若不满足应该如何解决。;如：加入如下校正装置（超前校正）;二、控制系统设计方法;10.2 串联校正网络;当 时，该网络称为相位超前网络;超前校正网络频率特性; 超前校正网络的相位超前特性对系统校正十分重要，一般利用其最大超前角为闭环系统提供合适相位裕度的补偿。;10.3 串联超前校正设计;频域超前校正设计图示;频域超前校正设计举例1：;未校正系统在 rad/s处，有;5）计算超前网络零极点：;回到第二步，2）确定最大超前角Φm： Φm = 45o - Φpm + ? = 45o - 18o + 8o= 35o 3）根据所确定的Φm ，计算出α值：;校正后的bode曲线， 相角裕度满足要求。; 根轨迹校正的思路：设计要求决定了系统预期的主导极点位置，超前校正的任务就是合理配置校正网络的零、极点，以改变被校正系统的根轨迹形状，使校正后的根轨迹通过预期的主导极点。;设计步骤（续）：;根轨迹超前校正设计举例1：;4）根据根轨迹相角条件：根轨迹上任一点与开环零极点组成的向量的相角代数和为-180°，计算校正网络实极点的夹角：;得到的校正网络为： ;校正后的step图： num=8.1*[1 1]; den=conv([1 0 0],[1 3.6]); g=tf(num,den); sys=feedback(g,1); step(sys) ;校正后系统的闭环传递函数？; 小结： 超前校正可以有效改善系统性能，校正后系统开环截止频率会增大，响应速度加快，但抗干扰能力降低。 采用频域法校正，超前网络可以为闭环系统提供所需要的相位裕度；采用根轨迹法校正，超前网络可以根据需要改变系统根轨迹，将系统主导极点配置在期望位置。 当设计指标对系统稳态误差有要求时，采用频域法较合适；当设计指标对超调量和调节时间有要求时，采用根轨迹法较合适； 超前校正不适合于对稳态误差要求较高的系统。如果稳态误差系数要求太大，超前校正无法保证相位裕度。此时可以采用积分型校正网络（PI控制器或滞后校正）。;作业1： 书519页，P10.1 提示： 1、频域方法：如果一阶超前不满足要求，可以考虑再加一阶超前； 2、根轨迹方法：如果不满足要求，考虑是什么原因，再次校正或者换其他方法处理;令;滞后校正网络频率特性：;10.4 串联滞后校正设计-步骤;频域滞后校正设计图示;未校正系统开环频率特性函数：;得到的校正网络为： ;校正的思路：设计要求决定了系统预期的主导极点位置，滞后校正的任务就是合理配置校正网络的零、极点，以改变被校正系统的根轨迹形状，使校正后的根轨迹通过预期的主导极点。;假设单位负反馈系统的开环传函为： 设计要求：对斜坡输入的稳态误差等于斜坡幅值5%；P.O.≤30%；φpm ?40o。;5）根据校正装置应提供的增益a ，确定零、极点位置，设z=-0.1,则p=-0.1/8=-0.0125,因此校正装置的传函为：;5）根据校正装置应提供的增益a ，确定零、极点位置，设z=-0.2,则p=-0.2/8=-0.025,因此校正装置的传函为：;;(1) 传递函数;超前部分;频域超前-滞后校正设计图示;(1) PID电路特性;频域PID设计图示;10.5 带有前置滤波器的反馈控制系统;系统设计要求是调节时间（2%基准）为0.5秒，超调量约为4%。;考虑用前置滤波器对消闭环零点;最小拍响应：以最小的超调量快速达到稳态响应的允许范围，并保持在该范围的响应。;以三阶系统为例讨论最小拍系统设计问题;表的使用方法：;例1.设计具有最小节拍响应的系统 ，要求系??调节时间为2 s。;系统阶跃响应;设计指标：;比例控制设计;比例控制设计;超前校正;校正环节增益扩大α倍是为了满足稳态误差要求。;滞后校正;由图看出相位裕度为62°满足设计要求。;三种校正系统阶跃响应：;;;本章小结