自动控制原理 第3版 孙炳达 笫6章新.pptVIP

第六章 频率法校正 第一节 频率法校正的基本概念 第二节 串联超前校正 第三节 串联滞后校正 第四节 相位滞后-超前校正 第五节 期望串联校正 第六节 并联校正 第七节 PID控制器 第一节 频率法校正的基本概念 并联校正 这样可得局部闭环的开环传递函数为 式中的K2可由A1点的频率0.4 rad/s 求得，即 点的转折频率求得，即 并联校正 当校正装置所包围的特性G2(s)确定后，可由式（6-30）得到H(s)。为使校正装置简单， H(s)应包围对应于 A3、A4两点转折频率的环节，如图6-29所示。设 则 并联校正 从上例可归纳出确定局部反馈校正装置的一般步骤是 绘制满足系统稳态性能要求的未校正系统开环对数频率特性。 确定系统的期望开环频率特性。 3.根据未校正系统和期望开环频率特性，得出局部闭环的开环频率特性，并注意该频率特性中低频段和高频段的选择，以及高频段转折频率的选择，应使局部反馈系统在物理上易于实现。 4. 最后由得到的特性G2(s)H(s)和校正装置所包围部分的特性G2(s)，得到校正装置的特性H(s)。 5. 设计校正装置。 第七节 PID控制器 在实际的工业控制中，常采用PID控制器对系统进行校正，PID控制规律可由运算放大器构成的有源网络来实现，在数字控制系统中，可由软件很方便地实现。 PID控制器的传递函数可写成 式中， 控制系统的结构如图6-31所示。合理地选择系统前向通道上控制器的型式和参数，使系统能全面满足生产过程所提出的静态与动态性能指标。工业控制中常用PID的几种组合方式对系统进行校正。 分别是比例、积分、微分环节参数。 PID控制器 一、比例积分（PI）控制器 PI控制器的传递函数为 式中 图6-32是PI控制器的对数频率特性。为了使pi控制器的相位滞后对系统中频段的影响较小，转折频l率1/?i应尽量减小。当???1/?i时，相角位移为零。 PID控制器 图6-33中，L0是原系统的对数幅频特性， Lc是PI控制器的对数幅频特性， Lk是校正后系统的对数幅频特性，可以看出，PI控制器的控制作用类似于相位滞后校正环节，PI控制对系统的影响有 可以改善系统的稳态性能，特别是当被控制对象是0型系统 时，使用PI控制器后，使系统变成了?型系统。 2 加入PI控制器，使系统截止频率减小，因而调节时间增加。 PID控制器 二、比例微分（PD）控制器 PD控制器的传递函数为 图6-34是PD控制器的对数频率特性。设PD控制器的增益为Kp=1，当频率?1/?d时，对数幅频特性为0dB，相角位移为0°； 当???1/?d时，对数幅频特性为+20dB/dec，相角位移为90°。 PID控制器 图6-35中，表示加入了PD控制器后，对原系统的影响。可以看出，PD控制器的控制作用类似于相位超前校正环节，PD控制对系统的影响有 使系统截止频率增大，系统调节时间减小。 2 增加了系统的相位稳定裕度。 PID控制器 二、比例积分微分（PID）控制器 PID控制器的传递函数为 可以看出，PID控制器的传递函数可以表示为PD控制器与PI控制器相串联，其控制效果可视为PD控制器与PI控制器的综合效果。 相位滞后-超前校正 3. 校正装置的频率特性参数 若令 则可近似求出最大滞后角和最大超前角，即 相位滞后-超前校正 二、相位滞后-超前校正装置所起的作用 如前所述，引入相位超前校正可以扩大频带宽度，提高系统的快速性和增加稳定裕量；而引入相位滞后校正可以提高系统的稳态精度和改善系统稳定性，但使系统频带缩小，系统响应变慢。所以在使用这两种方法中任一方法校正，不能满足给定指标，或实现困难时，可以考虑采用滞后-超前校正。滞后-超前校正兼有滞后、超前两种校正的优点。 相位滞后-超前校正 三、校正方法(以例说明) 例6-3 设某控制系统被控对象的传递函数为 试设计一串联校正装置，使其满足指标 相位滞后-超前校正 解 1 根据稳态精度指标的要求，绘出未校正系统的对数频率特性， 如图6-19所示。 查出 2 先确定校正装置滞后部分参数 系统不稳定。 由曲线1可以看出，若用滞后部分将未校正系统中、高频段衰减16分贝，则 相位滞后-超前校