自动控制原理胡寿松--第6章课件.ppt

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1、第六章线性系统的校正方法6.1校正问题的提出和一般方法1.系统校正(补偿)：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（补偿）装置。校正装置在系统中的连接方式可分为：串联校正反馈校正前馈校正(1)串联校正因前部信号的功率较小，为了减少校正装置的输出功率，以降低成本和功耗，常将串联校正装置安置在前向通道的前端。串联校正从设计到实现均较简单，是设计中最常使用的。(2)反馈校正反馈校正的信号是从高功率点传向低功率点，不需附加放大器。适当选择校正回路增益，可使校正后性能主要决定于校正装置，与被包围的系统固有部分

2、特性无关。反馈校正可抑制系统参数波动及非线性因素对系统性能的影响反馈校正的设计相对较为复杂。(3)前馈校正可分成按给定的前馈校正以及按扰动的前馈校正,如图所示。前馈校正由于其输入取自闭环外，不影响系统的闭环特征方程前馈校正是基于开环补偿的办法来提高系统的精度,一般不单独使用，总和其他校正方式结合构成复合控制系统，以满足高要求系统的需要。用频率法校正的特点用频率法校正控制系统，主要是改变频率特性形状，使之具有合适的高频、中频、低频特性和稳定裕量，以得到满意的闭环品质。在初步设计时，常常采用波德图来校正系统。三个频段的概念需要校正的几种基本类型①增加低频增益②改善中频段

3、特性③兼有前两种补偿6.2.1比例(P－proportional)控制器未引入比例控制时6.2PID控制器简述引入比例控制后惯性减小，系统响应速度加快，稳态误差减小K增大K增大比例控制器的特点：6.2.2比例微分(PD－proportionaldifferential)控制器m(t)为正，系统加速向期望值靠近。c(t)接近期望值，m(t)为负，系统减速，防止过大超调。校正前的系统阶跃响应引入-40dB/dec-20dB/dec校正后的系统阶跃响应PD控制器的特点：6.2.3积分(I－integral)控制器积分控制器的特点提高系统型别引入负90度相位6.2.4比例积

4、分(PI－proportionalintegral)控制器选取1/Ti远小于G的穿越频率，则Gc引入的负相位较小，对系统的稳定性影响不大。提高系统型别，但引入负相位PI控制器的特点PI控制器可以看作是I控制器和PD控制器的串联6.2.5比例积分微分(PID－proportionalintegraldifferential)控制器频域法：频域法进行系统校正是一种间接方法，通常采用相角裕量等表征系统的相对稳定性，用剪切频率表征系统的快速性。当给定的指标是时域指标时，首先需要转化为频域指标，才能够进行频域设计。当控制系统的性能指标是以稳态误差、相角裕度、幅值裕度Kg、相

5、对谐振峰值Mr、谐振频率ωr和系统带宽ωb等频域性能指标给出时，采用频域法对系统进行综合与校正是比较方便的6.3超前补偿（校正）－超前补偿引入正的相位6.3超前补偿6.3.1超前补偿网络的特性1.PD：2.带惯性环节的PD：－超前补偿引入正的相位※带惯性环节的PD不改变系统高频段特性rad/s0°rad/s0dB对相频特性求极值：6.3.2超前补偿网络设计1.设计原理超前网络的主要功能是增加系统的相位裕度，而对系统低频特性无影响。2.设计步骤例1：2rad/s0dB-20-40过4rad处，做斜率为-20dB/dec直线，则根据直线方程，得新的穿越频率取，则验证一般

6、设计步骤1）绘制系统的Bode图，由于超前校正不改变系统的稳态指标，系统稳态指标应已经满足要求。增量ε（一般取50120）是为了补偿校正后系统增益剪切频率增大（右移）所引起的原系统相位迟后。2）计算系统剪切频率wc0和相角裕量计算所需补偿的超前相角。其中，为附加的角度。如果补偿相角<65度，则可用超前补偿法。5）由算参数T，并写出超前校正的传递函数3）取，并由求出a，即所需补偿的相角由超前校正装置来提供。4）为了充分利用超前网络的相位超前特性，应使校正后系统的剪切频率ωc正好在ωm处，即取：ωc=ωm。应满足：在ωm处未校正系统幅值为由此来确定ωm6）校验指标：绘

7、制系统校正后的Bode图，检验是否满足给定的性能指标。当系统仍不满足要求时，则增大值，从2）算起。例2：rad/s0°-90°0.1110100rad/s02040dB10006080-180°-270°0.11101001000-20-40-60由要求(1)要求而超前环节在频率为165rad处至少需要提供51°正的相位取rad/s0°-90°0.1110100rad/s02040dB10006080-180°-270°0.11101001000-20-40-6052.2522A验证：0.1110100rad/s02040dB10006080-20-40-605