[工学]第六章1-控制工程或自动控制-上海交通大学课件.pptVIP

被控对象确定后，根据要求的控制目标，对控制器进行设计的过程叫作系统校正。 1.控制系统设计和校正 设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，进行控制器设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成自动控制任务。 校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件下，设计校正装置的传函和调整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。 两者区别：设计问题要求设计整个控制器(包括设备选型、可靠性、经济性等实际问题)，而校正问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。 2.校正问题的三要素 系统基本部分（原有部分、固有部分）：被控对象、控制器基本部分（放大元件、测量元件）。放大元件增益可调，其余参数固定——给定 系统的性能要求——给定 校正装置：当通过调整放大元件增益仍不能满足系统性能时，需要增加附加装置来改善系统性能——需设计（未知） 3.校正装置的实现 通常是参数易于调整的专用装置（模电或数电装置） 校正方式多样化：串联校正、反馈校正、前馈补偿等 注意：校正方案不唯一 评价控制系统优劣的性能指标是由系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。 1. 常用时域性能指标（主要对阶跃响应定义） 超调量、调节时间、上升时间、稳态误差等。 2. 常用的频域指标 开环频域指标：剪切频率、稳定裕度 闭环频域指标：峰值Mr 、峰值频率、带宽 3. 常用的复数域指标 通常以系统闭环极点在复平面的分布区域来定义。 Remarks: 性能指标之间有一定的换算关系，但有时很复杂。 动态性能各指标之间对系统的参数与结构的要求往往存在矛盾。 稳态误差与稳定性对系统开环增益、积分环节数目的要求； 系统快速性与抑制噪声能力对带宽的要求。 一个具体系统对指标的要求有所侧重 调速系统对平稳性和稳态精度要求严格； 随动系统对快速性期望很高。 性能指标的提出要有依据，不能脱离实际 负载能力的约束； 能源功率的约束等。 根据校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，可将其作如下分类： 1. 频率法 基本思想：利用适当校正装置的Bode图，配合开环增益调整来修改原来开环系统Bode图，使得开环系统经校正和增益调整后的Bode图符合性能指标要求。 基于频率法的校正 相位超前校正、相位滞后校正、 相位超前-滞后校正 基于根轨迹法的校正 相位超前校正、相位滞后校正 相位超前-滞后校正 基本控制规律：PID控制 对应上面三种情况的BODE图： 2、超前网络的作用 超前校正装置对系统性能有如下影响： 1、减少了开环频率特性在幅值穿越频率上的负斜率，提高了系统的相对稳定性； 2、减少了阶跃响应的超调量； 3、提高了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角和相角裕度； 4、提高了系统的频带宽度； 5、不影响系统的稳态性能； 上述内容可以归纳为：两少，两高，一不变。 应用超前校正的几个限制条件： 1、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导致系统不稳定） 2、原系统在穿越频率附近相角迅速减小的系统不适用该校正方法 采用相位滞后网络校正系统的步骤为： 1、由对稳态误差要求确定开环增益K； 2、画出未校正系统BODE图； 3、在未校正系统Bode图中确定与要求的相角裕度对应的频率ωc1 ； 4、计算ωc1 对应的幅值，计算将其衰减到0需要的β。 5、确定两个转折频率 6. 验证 . 超前校正和迟后校正的区别与联系 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，这时可考虑串联滞后-超前校正装置。 超前校正的转折频率应选在系统中频段 滞后校正的转折频率应选在系统的低频段 配合增益的合理调整 线性系统的基本控制规律 确定校正装置的具体形式时，应先了解校正装置所提供的控制规律，以便选择相应的元件。 PID：Proportional Integral Derivative，是最基本的控制规律 增加校正装置，可改变描述系统运动过程的微分方程，从而改变系统响应。 具有不同比例关系的校正器可改变微分方程系数，调整系统零极点分布，从而改变系统响应。 具有微分和积分功能的校正器可在更大程度上改变系统运动方程，使系统具有所要求的暂态和稳态性能。 1.比例( P )控制规律 具有比例控制规律的控制器，称为比例(P)控制器 称为比例控制器增益。 改变了系统的极点 加大控制器增益Kp，会降低系统的相对稳定性 讨论： 比例控制器实质上是一个具有可调增益的放大器只改变信号的增益而不影响其相位。 加大控制器增益Kp，可提高系统开环增益，减小稳态误差，从而提高系统控制精度，但降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统