[工学]第6章_控制系统的设计和校正jh_杜鹏英.pptVIP

第6章 控制系统的设计和校正 第六章 控制系统的设计和校正 杜鹏英 dupy@zucc.edu.cn 第六章 控制系统的设计和校正 目 录 6.1 基本概念 6.2 线性系统的基本控制规律 6.3 校正装置及其特性 6.4 频率法进行串联校正 6.5 反馈校正 6.6 复合校正 6.7 MATLAB在线性系统校正中的应用 小 结 6.1 基本概念 一、系统的性能指标 二、 系统的校正 6.2 线性系统的基本控制规律 比例（P） 积分（I） 比例-微分（PD） 比例-积分（PI） 比例-积分-微分（PID）控制规律 一、比例（P）控制作用 一、比例（P）控制作用 3. P的校正效果 ★ 稳态误差与K P成反比，K P越大，ess越小 ★ K P越大，闭环系统复数极点的虚部越大，较大的超调和 强烈的震荡 （分析见P217 图6-2-2根轨迹） 二、 比例微分（PD）控制作用 二、 比例微分（PD）控制作用 三、 积分（I）、比例积分（PI）控制作用 三、 积分（I）、比例积分（PI）控制作用 四、 比例积分微分(PID)控制作用 本节小结 比例控制作用 比例系数Kp增加 可以减小稳态误差 超调量会增加，振荡加剧 微分控制作用 提前预知输出变化趋势 可以减小输出振荡，即超调量减小 但是对于噪声较强的系统，不易采用。 积分作用 提高系统型别，消除稳态误差 将含积分控制的系统成为误差系统 不能单独控制，需要和比例一起控制，即PI控制 6.3 校正装置及其特性 无源校正装置 无相移校正装置 超前校正装置 滞后校正装置 超前滞后校正装置 有源校正装置 超前校正装置 滞后校正装置 超前滞后校正装置 一、 无相移校正装置（无源） 一、 无相移校正装置（无源） 二、 超前校正装置（无源） 二、 超前校正装置（无源） 二、 超前校正装置（无源） 二、 超前校正装置（无源） 三、 滞后校正装置（无源） 三、 滞后校正装置（无源） 三、 滞后校正装置（无源） 三、 滞后校正装置（无源） 滞后校正装置是一个低通滤波器，且β值愈大，抑制高频噪声的能力愈强，滞后校正装置主要是利用其高频衰减特性。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。 四、 滞后超前校正装置（无源） 四、 滞后超前校正装置（无源） 四、 滞后超前校正装置（无源） 四、 滞后超前校正装置（无源） 6.4 串联校正的设计 一、频率法校正 其目的是改变频率特性的形状，使校正后的系统频率特性具有合适的低频、中频和高频特性以及足够的稳定裕量，从而满足所要求的性能指标。 二、理想的Bode图形状 低频段 决定系统的稳态误差，根据稳态性能指标确定低频段的斜率和高度 中频段 足够的稳定裕量， 在剪切频率ωc附近的斜率应为-20dB/dec，而且应具有足够的中频宽度 高频段 为抑制高频干扰的影响，高频段应尽可能迅速衰减 6.4 串联校正的设计 三、校正方法 串联相位超前校正 串联相位滞后校正 串联相位滞后-超前校正 四、注意 用频率法进行校正时，动态性能指标以相角裕量、幅值裕量和开环剪切频率等形式给出； 若给出时域性能指标，则应换算成开环频域指标。 一、串联相位超前校正 1.校正目的及使用场合 利用超前校正网络的正相角来增加系统的相角裕量，以改善系统的动态特性； 校正时应使校正装置的最大超前相角出现在系统的开环剪切频率处 2.校正设计步骤 (1) 根据所要求的稳态性能指标，确定系统的开环增益K； (2) 绘制满足由(1)确定的值下的系统Bode图，并求出系统的相角裕量 ； 二、串联相位滞后校正 1. 校正目的和适用场合 当一个系统的动态响应是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用串联滞后校正装置。 具体方法是增加一对相互靠得很近并且靠近坐标原点的开环零、极点，使系统的开环放大倍数提高倍，而不影响对数频率特性的中、高频段特性 串联滞后校正装置还可利用其低通滤波特性，将系统高频部分的幅值衰减，降低系统的剪切频率，提高系统的相角裕量，以改善系统的稳定性和其它动态性能，但应同时保持未校正系统在要求的开环剪切频率附近的相频特性曲线基本不变 三、 频率法串联滞后－超前校正 四、 按期望特性对系统进行串联校正 为补偿超前校正网络造成的幅值衰减，附加一个放大器Kc=1/a=6，校正后系统的开环传递函数 幅值裕量 满足要求的性能指标。 2. 步骤： 根据要求的稳态性能确定系统的开环增益K； (2) 根据已确定的K值，绘制未校正系统的Bode图，并求出相角裕量 ，幅值裕量Kg； (3) 在Bode图上求出未校正系统相角裕量 处的频率ωc2 ， ωc2作