第六章 系统的性能指标与校正3.pptVIP

* 复习 1．滞后－超前校正 先滞后，后超前。可同时提高控制系统的动态性能和稳态性能。 2.PID（PI、PD）调节器 3．二阶、三阶最佳模型 二阶(Ⅰ型)： 三阶（Ⅱ型）： 三阶闭环： §5.5 并联校正与复合校正 一.反馈校正 改变反馈所包围环节的动态结构和参数，消除所包围环节的 参数波动对系统性能的影响。 取代特性不好的局部结构 内环传函 频率特性 在一定频率范围内，选择结构参数使 则 内环的传递函数仅由所选择的反馈传函决定，而与被包围的 前向通道传函无关。 二. 反馈校正的形式 位置反馈（比例反馈） 速度反馈（微分反馈） *加速度反馈（二阶微分反馈） 1.位置反馈校正(比例反馈校正) (1)包围积分环节 表明 (1)由积分环节变成了惯性环节(改变了型次)； (2)一般地k1、KKf1，∴系统增益下降，惯性时间常数也下降。 (2)包围惯性环节 经反馈校正后 (1)仍为惯性环节； 反馈系数K越大，闭环增益和时间常数下降越厉害。 例5.5避免PI调节器的积分饱和 (1)正常情况： PI调节器 (2)饱和情况: 退出饱和 2.速度反馈校正(微分反馈校正) (1)包围惯性环节 微分反馈∶ 系统传函 仍为惯性环节，但时间常数增大 功能：作为局部反馈，可使系统中各环节的时间常数拉开， 改善系统的动态平衡性。 (2)包围Ⅰ型系统 系统传函 仍为Ⅰ型系统， 但时间数减小， 增益减小。 (3)包围振荡环节 系统传函 系统阻尼比增大，能有效地减弱小阻尼环节的不利影响。 例5.6 单相可控硅直流电动机调速系统，采用了速度反馈、 电枢电压微分反馈 内环： 调节过程： 三.并联校正近似设计 问题：如何近似设计Gf(s)？ 思路：比较加入Gf(s)前后系统开环频率特性。 1．Gf(s)对系统开环频率特性的贡献 系统开环传递函数 分子：校正前系统开环传递函数 分母：含有Gf(s)贡献的并联特征部分 校正后开环系统的期望幅频特性 2．B(ω) 幅频特性曲线（斜率） 3. Gf(s)的形式 （1）(1/T1)点之前：一阶导前环节1+T0s: (2) (1/T2)与(1/T3)之间及(1/T3)之后 过(1/T3，0)点的积分环节与转角频率为(1/T3)的一阶导前环节组合 (3)中频段的Gf(s) 当 在0dB线以上的B(ω)线是G2(ω)线与Gf(ω)线的叠加 给出G2(jω),可求出Gf(jω).对于图5.5.7的G2(jω) ? 四.复合校正 特点：采用前馈校正技术，结合闭环控制与开环控制的优点， 理论上实现完全补偿。 输入前馈补偿： 扰动前馈补偿： 例5.5 设计输入前馈校正Gr(s)，使系统稳态速度误差为零。 解：校正前: I型系统稳态速度误差 输入前馈校正装置（理论） 实际取 前馈校正后系统误差 稳态速度误差 稳态速度误差 可见，即便采用部分补偿，输入前馈校正仍能使系统 稳态误差为零。在Tc不大时对瞬态过程的影响也可以忽略 *五.应用实例 实例5.1 图5.8.1的角度控制系统。1．工作原理及指标 系统框图： 系统指标要求： (1)该系统能满足精度要求; (2)试设计并联校正装置，使系统精度不变，满足最大超调量Mp≤25%，调节时间ts≤0.5s。 2.校正前系统特性分析 Bode图:G0(jω)→A(ω) [Gm0,Pm0,Wg0,Wc0]=margin(tf(num0,den0)) Kg=-13.4dB (-14.78dB);γ=-31o (-30.25o); ωc=43.7rad/s (42.66rad/s); ωg=19.6rad/s 系统不稳定 3．确定期望特性L(ω) (1)低频段(c点以前)、高频段(d点以后):与A(ω) 线重合； (2)中频段的确定: ①由Mp确定γ(图5.4.3) Mp≤25%→γ=55o 闭环谐振峰值： 中频段幅值的上限（式5.4.4） 中频段幅值的下限 ②由ts确定ωc(图5.4.3) ab’段：斜率-20dB/dec,与A1(ω)交于a点，与A2(ω)交于b’点； (3)低频过渡线ac: -40dB/dec直线， 与A(ω)低频段交于c点; (4)高频过渡线bd b点：横坐标对应固有系统A(ω)的高频转角频率50rad/s, 并位于ab’的延长线上； bd段：过b点的-40dB/dec直线，与A(ω)g高频段交于d点;