自动控制原理第9章 系统的的设计与校正.pptVIP

9.5 PID控制规则 9.5.4 比例-积分（PI）控制器 比例-积分控制器又称PI调节器，它的输出信号同时与输入信号本身及其积分成比例，即 其传递函数为 * 第9章 系统的设计与校正 * 图9-10 PI调节器的模拟电路实现 9.5 PID控制规则 PI控制器是比例环节与积分环节的组合，因此它同时具有比例和积分的优点，又能够相互弥补两者的缺点，它可以在保证系统稳定性的基础上，提高系统的型别和开环放大系数，而且其相位角为 ，只要参数选择合适，就不会过多的减小相角裕量。 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.5 PID控制规则 其开环伯德图（Bode图）如图 * 第9章 系统的设计与校正 * 图9-11 PI调节器的开环伯德图 9.5 PID控制规则 可以看出，PI控制器的相角是负值，所以它是一种滞后校正装置。PI控制器的可调参数有两个Kp和TI ，如果仅从系统稳定性的角度来看，显然TI越大Kp越小越好，但是如果TI值太大， Kp值太小，会使PI控制器的控制作用不灵敏，其输出就不能及时地反映输入的变化，从而降低系统的快速性。 因此，对PI控制器的参数进行调整时，要根据系统的实际需求来进行。 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.5 PID控制规则 9.5.5 比例-微分（PD）控制器 比例-微分控制器又称PD调节器，它的输出信号同时与输入信号本身及其微分成比例，即 写成传递函数形式为 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.5 PID控制规则 比例-微分（PD）控制器的模拟电路实现如图 * 第9章 系统的设计与校正 * 图9-12 PD调节器的模拟电路实现 9.5 PID控制规则 比例-微分控制器（PD调节器）是比例环节与微分环节的组合，从物理的角度来说，它可以降低系统的最大超调，改善动态性能，从频率特性的角度来说，它可以增加系统的相角裕量，使系统的振荡减弱。 PD调节器的开环伯德图（Bode图）如图 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.5 PID控制规则 * 第9章 系统的设计与校正 * 图9-13 PD调节器的开环伯德图 9.5 PID控制规则 由图可知，PD调节器具有正的相位角，因此它是一种超前校正装置。它有两个参数可以调节， Kp和TD ，它可以增加系统的阻尼，改善系统的稳定性，加快系统响应速度，它是它不能提高系统的稳态精度。此外， TD不能过大，否则会使转折频率过小，使微分对输入信号中的噪声产生明显的放大作用，对系统不利。 需要说明的是，PD调节器在物理上是不可实现的，因为它分子的阶次高于分母的阶次，故它只能够近似实现。 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.5 PID控制规则 9.5.6 比例-积分-微分（PID）控制器 比例-积分-微分控制器又称PID调节器，它的输出信号同时与输入信号、输入信号的积分、输入信号的微分成比例，其表达式和传递函数分别 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.5 PID控制规则 PID调节器的模拟电路实现如图 * 第9章 系统的设计与校正 * 图9-14 PID调节器的模拟电路实现 9.5 PID控制规则 对传递函数表达式可以进行一些变化，如下 式中，将分子的部分 进行因式分解，可以求得两个根为 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.2 超前校正 由于 的公式为 可知， 只取决于参数ɑ ，且随着ɑ的增大而增大。当ɑ=4~20时， ， ɑ再增加即大于20时， 增加的很慢，而且物理上也较难实现。 因此，一般取ɑ20,此时 。 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.2 超前校正 9.2.2 超前校正的设计步骤 （1）根据系统对稳态误差的要求，确定系统的开环增益K。 （2）利用确定好的开环增益K画出系统的伯德图（Bode图），并计算出待校正系统的相角裕量γ0。 （3）根据步骤2中计算出的相角裕量γ0和要求的相角裕量γ ，确定需要增加的相角 即 式中， Δγ是考虑到加入校正装置影响剪切频率的位置而附加的相角裕量，通常取 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.2 超前校正 （4）根据公式计算ɑ的值和的ωm值，为了超前校正网络在已校正系统剪切频率处提供最大的相位超前角，取ωm等于校正后系统的开环剪切频率ωc ，并求解出时间常数T，从而将参数ɑ和T都确定了出来。 （5）根据步骤4中确定的ɑ和T的值，求取校正装置的转折频率 从而由标准式得出超前校正装置的传递函数 。 * 第9章 系统的设计与校正 * 9.2 超前校正 （6）为了补偿超前校正装置引起的幅值衰减，还需要将系统增益增大1/ ɑ倍。 （