[工学]自动控制原理课件第六章.pptVIP

串联超前校正（1） 串联超前校正（2） 串联超前校正（3） 课程小结 串联迟后校正（1） 串联迟后校正（2） 串联迟后校正（3） 滞后小结 课程小结：串联迟后校正 串联迟后 - 超前校正（1） 串联迟后 - 超前校正（2） 串联迟后 - 超前校正（3） 6.2 串联校正 串联校正(Series Compensation)是将校正装置串联在系统的前向通路中，来改变系统结构，以达到改善系统性能的方法。 比例(P)校正 比例-微分(PD)校正(相位超前校正) 比例-积分(PI)校正(相位滞后校正) 比例-积分-微分校正(相位滞后-超前校正) 6.2.1 比例校正 综上所述：降低开环增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。当然，若增加增益，系统性能变化与上述相反。 调节系统的开环增益，在系统的相对稳定性和稳态精度之间作某种折衷的选择，以满足(或兼顾)实际系统的要求，是最常用的调整方法之一。 6.2.2 比例-微分(PD)校正（相位超前校正) 在自动控制系统中，一般都包含有惯性环节和积分环节，它们使信号产生时间上的滞后，使系统的快速性变差，也使系统的稳定性变差，甚至造成系统的不稳定。当然有时可以通过调节增益来作某种折衷的选择（如前面所作的分析）。但调节增益通常都会带来副作用——如系统的稳态性下降；而且有时即使大幅度降低增益也不能使系统稳定（如含有两个积分环节的系统）。这时若在系统的前向通道上串联比例—微分（PD）校正装置，将可使相位超前，以抵消惯性环节和积分环节使相位滞后而产生的不良后果。 下面，我们仍以前面随动系统的例子来说明PD校正对系统性能的影响。 具有PD校正环节的系统框图如图所示： 增设PD校正装置后：① 比例微分环节具有的相位超前作用，可以抵消惯性环节使相位滞后所带来的不良后果，使系统的稳定性显著改善。 ②比例微分校正对系统的稳态误差不产生直接的影响(产生影响的是比例-微分环节中的比例系数)。③ 比例微分调节器使系统的高频增益增大，而很多干扰信号都是高频信号，因此比例微分校正容易引入高频干扰，这是它的缺点。 综上所述，比例微分校正将使系统的稳定性和快速性改善，但抗高频干扰能力明显下降。由于PD校正使系统的相位前移，所以又称它为相位超前校正。 6.2.3 比例-积分(PI)校正(相位滞后校正) 在自动控制系统中，要实现无静差，系统就必须在前向通道中含有积分环节。对本例来说，要想实现随动系统对单位速度信号的无静差，则必须再在其前向通道中加入一个积分环节。此处若采用PI调节装置，则其加入校正装置后的系统框图如图所示： 由以上分析可见，PI校正可使系统稳态性能改善，实现系统对单位斜坡信号无静差，但稳定性变差。增设PI校正装置后：① 在低频段，系统的稳态误差将显著减小，从而改善了系统的稳态性能。② 在中频段，相位稳定裕量减小，系统的超调量将增加，降低了系统的稳定性。在本系统中，系统则呈现为不稳定。③ 在高频段，校正前后的影响不大。 综上所述，比例积分校正将使系统的稳态性能得到明显的改善，但使系统的稳定性变差。由于PI校正使系统的相位后移，所以又称它为相位滞后校正。 6.2.4 比例-积分-微分(PID)校正(相位滞后-超前校正) 通过上面对位置随动系统的分析，我们不难发现：比例-微分(PD)校正能改善系统的动态性能，但会使系统的高频抗干扰能力下降；比例-积分(PI)校正能改善系统的稳态性能，但使动态性能变差,甚至导致系统的不稳定；为了能兼得二者的优点，又尽可能减少两者的副作用，通常我们会采用比例-积分-微分（PID）校正。 下面，我们仍以前面随动系统的例子来说明PID校正对系统性能的影响。 具有PID校正环节的系统框图如图所示： 调节器设计 增设PID校正装置后：① 在低频段，改善了系统的稳态性能。使对输入等速信号由有静差变为无静差)。② 在中频段 由于PID调节器微分部分的作用，(进行相位超前校正)，使系统的相位裕量增加，这意味着超调量减小，振荡次数减少，从而〖HTH〗改善了系统的动态性能(相对稳定性和快速性均有改善)。③ 在高频段，会降低系统的抗高频干扰的能力。 综上所述，比例积分微分(PID)校正兼顾了系统稳态性能和动态性能的改善，由于PID校正使系统在低频段相位后移，而在中、高频段相位前移，因此又称它为相位滞后—超前校正。 6.3 反馈校正 穿越频率： 相位稳定裕量： 利用虚拟实验对系统进行动态仿真后的结果 利用MATLAB对系统进行动态仿真后的结果 反馈校正(Feedback Compensation)在系统中的形式如图6-14所示。 图6-14 反馈校正在系统中的位置 反馈校正应用广泛。 反馈校正具有与串联校正相同的效果，还可以改善系统性能