自动控制原理第六章 控制系统的综合与校正1.pptVIP

第六章 控制系统的综合与校正;本章基本要求 ;一、基本概念;§6-1 概述;简言之：;将校正装置串联在系统的输入端称为前置校正;2、校正方法;其本质：; 如控制系统的输入信号r(t) 的频率响应R(jw)有如下特性： ，当w≧wm，如左图所示，通常称0~wm为输入频宽。; 在闭环幅频特性上，幅值等于 的频率wb，称为系统的截止频率，对应的频率范围0~wb成为系统的频宽。;例如：左图中R(jw)为输入信号，频率较低；F(jw)为干扰信号，而干扰信号集中起作用的带宽在w1~w2，刚好出与输入信号带宽之外，因此控制系统选择合适的带宽就能准确复现输入信号又能完全抑制扰动信号f(t)。;三、基本控制规律分析;1．比例（P）控制规律;2．积分（I）控制规律 ;3．比例－微分（PD）控制规律;例6-1 设具有PD控制器的控制系统，是分析比较加比例微分控制规律对系统性能的影响。; 从特征方程中看出，该系统的阻尼比为0，此时系统的输出C(t)为一不衰减的等幅振荡曲线，系统处于理论上的临界稳定状态，实际上是一种不稳定状态。;;可见系统是稳定的：这是因为系统加入PD控制器后，提高了给定系统的阻尼比，使特征方程的s项的系数由原来的0变化到大于0（即特征方程的各项系数均存在，由原来的缺项变到不缺项）而系统的阻尼比可以通过调节PD控制器中的kp和 来实现。;微分环节只对动态有反应，而对无变化和变化极其缓慢的输入信号，没有控制作用，即相当于开路因此微分环节不能单独使用。;4．比例－积分（PI）控制规律;例6-2 设如下图所示的单位反馈系统的不可变部分的传递函数为：;此时系统为1型系统（含一个积分环节），当系统加入PI控制作用后，系统的开环传递函数为：;求稳态误差刻有多种方法:;求系统的误差传递函数E(s)/R(s)，然后再由拉斯变换的终值定律，求稳态误差;求速度误差系数的的方法求稳态误差;当系统加入PI控制后，系统的开环传递函数为（变为Ⅱ系统）：;采用PI控制器后。控制系统的特征方程为：;PI控制器的作用;5．比例－积分－微分（PID）控制规律;由上式可求得PID控制器的传递函数;由上式可见;一、超前校正及其特性;1;PD控制器对正弦输入信号的稳态响应仍为同频率的正???信号 输出的正弦信号将在相位上超前于输入信号一个角度，其超前相角是微分时间常数和角频率的函数，其最大超前相角为900 可见，PD控制器是具有超前特性的元件，所以称之为超前校正装置。; 在控制系统中，使用具有相位超前特性的控制器作为系统特性校正装置的校正形式称为超前校正。在实际运用中，常常采用带惯性的PD控制器作为超前校正元件，它们的传递函数为：;它可以通过无源网络或有源网络来实现。; 将以上方程组进行拉氏变换变换，得到系统的结构框图; 可见超前校正装置是由比例、微分加惯性环节组成。;-1/aT 零点; 从图中可见零点离虚轴近，极点离虚轴远。所以超前环节对输入信号具有明显的微分作用。所以称为PD控制器。;超前环节的Bode图;正好在两转折频率的几何中点处。;在w=wm处;超前角的最大值为; 当 值较小时，由于最大超前相移 较小，故超前校正作用不大；当 的取值介于5至20之间时， 增加较快，其 值为42°～65°，也较大，从而超前作用显著，这也是在确定超前校正参数时较常采用 的依据；当取 时， 随 值增加变化较小，故 的方案极少采用。;二、超前校正举例;由最大超前相位角 ，利用式（6-13）确定校正装置的参数a。此时要保证 ; 由上式求出 ，如果 等于或近似等于要求的 ，择取 进行下一步的计算，如果 与要求的 相差较大，那么必须先按 的要求，由（6-17）求出a，然后在计算出相应的 ，最后检验是否满足相位裕度的要求。 由a， 根据（6-12）确定T. 验算以校正的系统是否满足要求，如不满足按上述方法再来直到满足要求为止 ;例6-3 设某控制系统不可变部分的传递函数为：;解：1）根据误差的要求取 2）确定开环增益kc后，计算为校正后的 ;; 从上面的解题中可见，未校正前的系统幅值裕度满足要求，其它两项不满足要求。因此需要采用超前校正。作出校正前的Bode图。此时的Wc=6.2rad/s;3）计算串联超前校正装置必