自动控制原理第6章

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1、自动控制理论电气信息学院任课教师:高秀梅1第六章控制系统的校正§6-1基本概念§6-2PID调节器§6-3串联超前校正§6-4串联滞后校正§6-5串联超前-滞后校正§6-6期望特性的校正2一、什么叫系统校正？系统分析：在系统的结构、参数已知的情况下，计算出它的性能。系统校正：在系统分析的基础上，引入某些参数可以根据需要而改变的辅助装置，来改善系统的性能，这里所用的辅助装置又叫校正装置。设计的任务：根据所要求的性能指标和技术条件选择校正装置，确定校正装置的类型并计算出具体参数。§6-1基本概念3二、系统的性能指标1.时域指标调节时间上升时间无差度稳态误差和开环增

2、益等。超调量Mp峰值时间tp§6-1基本概念4增益裕量:Kg谐振峰值:峰值频率:频带宽:相位裕量:剪切频率:2.常用频域指标（1） 开环频域指标（2）闭环频域指标§6-1基本概念5三、校正方式1.串联校正分析简单，应用范围广，易于理解、接受。校正装置校正装置放在前向通道中，与被校正对象相串联。§6-1基本概念82.反馈校正校正装置不需要放大器，可消除系统原有部分参数波动对系统性能的影响§6-1基本概念93.复合校正输入补偿扰动补偿可以在保证系统稳定性的前提下，减小稳态误差，抑制可以测得的扰动。§6-1基本概念101．频率法四、校正设计的方法中频段高频段低频段w

3、cwL(ω)1515-dB3．等效结构与等效传递函数方法2．根轨迹法§6-1基本概念11五、常用校正装置校正网络分为有源和无源网络。校正网络可以视为滤波器，将引入一定的相移。根据引入的相移的情况，可分为：超前校正网络、滞后校正网络、超前-滞后校正网络。有源校正装置是由运算放大器及其阻容元件组成，具有调整方便、体积小、重量轻等优点。§6-1基本概念12§6-2PID调节器调节器按其功能或实现的调节规律分成比例P(Proportional)调节器、微分D(Derivative)调节器、积分I(Integral)调节器和比例-积分PI调节器、比例-微分PD调节器、比

4、例-微分-积分PID调节器等多种形式。P、I、D（比例、积分、微分）调节器是常用的有源校正装置，在工业控制中得到广泛地应用。它有如下特点：1.对系统的模型要求低实际系统要建立精确的模型往往很困难。而PID控制器对模型要求不高，甚至在模型未知的情况下，也能进行控制。132.调节方便调节作用相互独立，最后以求和的形式出现的，人们可改变其中的某一种调节规律，大大地增加了使用的灵活性。3.适应范围较广一般校正装置，系统参数改变，控制效果差，而PID控制器的适应范围广，在一定的变化区间中，仍有很好的控制效果。§6-2PID调节器14一、P调节器又称比例控制器，其传递函数

5、为ww0o)(wjL)(wBode图分布特点:1、减小系统稳态误差。2、降低系统稳定性。20lgKLcL0L0LLR(s)KpE(s)M(s)P控制器G0(s)C(s)§6-2PID调节器15二、PD调节器又称比例-微分控制器，其传递函数式中:Kd—微分控制器比例系数;Td—微分时间常数。-R(s)KdKdTdsE(s)M(s)PD控制器G0(s)C(s)§6-2PID调节器16PD控制器的引入，相当于给原系统的开环传递函数增加了一个s=-1/Td的零点。作用相当于超前校正0j-1/Td(1)零极点分布dBww0o)(wj+2090oL)(w1/Td(2)Bo

6、de图分布PD控制器是一个高通滤波器，会使系统的噪声放大，抗干扰能力下降。17+-R(s)C(s):012Js=+11111R(s)C(s)222JsJsJs+=+=则系统的特征方程为无PD控制器时，系统的闭环传递函数为：解§6-2PID调节器18加入PD控制器后，系统的闭环传递函数为：)1()1(1)1(11)1(R(s)C(s)222sKJssKJssKJssKPPPPtttt+++=+++=)(tC阻尼比等于零，其输出信号具有不衰减的等幅振荡形式。§6-2PID调节器19第二种情况：PD控制器，取Kp=100、Td=0.01。例2设直流电机调速系统的开

7、环传递函数为：第一种情况：P控制器，取Kp=100。§6-2PID调节器20MATLAB仿真结构图对象数学模型对象数学模型P控制器PD控制器21MATLAB仿真结果分析可以看出：PD控制器可以降低系统的振荡，改善系统动态特性。P控制器下的输出PD控制器下的输出22Td的大小对系统的影响：由微分控制器作用由Td决定。Td大，微分作用强；Td小，微分作用弱。选择好Td很重要。TD=0.1TD=0.01TD=0.001MATLAB仿真结果分析23三、PI调节器又称比例-积分控制器，其传递函数为式中:Kp—比例系数;Ti—积分时间常数。R(s)KpKp/TisE(s)

8、M(s)PI控制器G0(s)C(s)§