机电系统动态仿真matlabppt电子教案课件第8章控制系统的综合与校正

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1、第8章控制系统的综合与校正系统综合？校正的实质？系统性能指标及其计算系统校正的MATLAB编程控制系统设计举例9/16/20211系统综合与校正的概念我们知道，在构造控制系统时，为了满足性能指标，适当地改变控制对象的动态特性，可能是一种比较简单的方法。但是，在很多实际情况中，由于控制对象可能是固定的和不可改变的，所以上述方法行不通。因此，必须调整固定的控制对象以外的参数。因此，这里要研究的设计问题，就变成了一种通过加校正装置来改善系统性能的问题。在经典理论中控制器受控系统控制系统9/16/20212系统综合与校正的概念控制系统设计，实质上就是控制器设计。对于不同的系统，

2、对于不同的设计方法，控制器也称为补偿器、校正装置（校正器）。在经典控制理论中，系统综合的关键是校正装置设计。而在现代控制理论中，系统综合的关键是控制器设计。何谓综合？对于给定的受控系统，确定其控制规律，即设计控制器的结构及其参数，使系统的过程满足事先规定的性能指标。在已知受控对象的特性和要求的系统性能指标，构造一个控制系统，称为系统综合。9/16/20213系统综合与校正的概念为了改善控制系统的稳态和动态性能，需要在系统中加入适当的校正装置，使系统的整个特性满足给定的各项性能指标要求。系统校正所谓校正，就是改变系统的动态特性，使系统满足特定的技术要求。通过改变系统结构或

3、在系统中加入一些参数可调的装置，以改善系统的稳态、动态性能，使系统满足给定的性能指标。为了满足性能指标而加进系统的装置，称为校正装置。9/16/20214系统校正的实质现代控制系统实质上就是计算机控制系统，传统的校正技术和校正装置已被算法和计算机取代。但其设计思想和技术仍然是重要的。改变系统的极点数目和极点位置。校正可以归结为设计一种滤波器，这种滤波器具有的特性能够补偿控制对象不希望的且不能改变的特性。我们把校正装置与不能改变的传递函数G(s)进行串联，以获得必要的动态特性。因此，设计的主要问题将是如何恰当地选择校正装置G(s)的极点和零点，以改善系统的动态特性，使系统

4、性能指标得到满足。请注意，如果说用经典控制理论设计控制系统的关键是系统校正，那么现代控制系统设计巳归结为控制器的设计了。而后者是前者的继承与发展。9/16/20215※增加极点和零点的影响增加零点的影响增加极点的影响在系统的开环传递函数中增加极点，会降低系统的相对稳定性，增加系统响应的调整时间。增加积分控制相当于增加位于原点的极点，因此降低了系统的稳定性。在系统的开环传递函数中增加零点，会增加系统的稳定性，减小系统响应的调整时间。增加零点意味着对系统增加微分控制，其效果是在系统中引入超前相位，且加快瞬态响应。9/16/202168.1系统性能指标及其计算时域性能指标动态

5、性能指标例题8-1稳态性能指标稳态误差、无差度、开环放大系数例题8-2频域性能指标开环频域指标闭环频域指标幅值穿越频率ωc，幅值裕度Kg，相位裕度γ谐振峰值Mr，谐振频率ωc，频宽ωb9/16/20217例8.1已知系统传递函数为求最大超调量Mp，峰值时间tp和调整时间ts9/16/20218稳态误差的概念与计算单位反馈调用计算稳态增益的指令K=degain(sys)也可用来计算系统阶跃响应的稳态值和稳态误差。例题8-29/16/20219例8.2已知单位负反馈系统的开环传递函数为求其单位斜坡输入时，系统的稳态误差。9/16/2021108.2系统校正的MATLAB编程

6、主要校正方式控制系统设计的主要方法时域设计频域设计相位滞后校正PID校正9/16/202111常用串联校正装置的作用相位超前相位滞后滞后超前利用相位超前特性改善系统的动态特性，使系统的带宽增加，响应速度变快。利用高频幅值衰减特性，在不影响动态特性的前提下，改善系统的稳态特性。同时改善系统的动态、稳态性能。微分作用D积分作用I积分微分作用ID9/16/2021128.2.1相位滞后校正相位滞后校正利用高频幅值衰减特性，在不影响动态特性的前提下，改善系统的稳态特性。9/16/202113相位滞后校正：例8—3先确定增益Kc使系统具有希望的稳态精度，再确定校正装置的转折频率使

7、系统具有希望的相位裕度γ。相位滞后校正设计思想：γ=60°开环增益K0=499/16/202114仿真结果9/16/202115仿真结果9/16/2021168.2.2PID校正PID控制器是一种线性控制器。它将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID控制规律的微分方程式为KP——比例系数；TI——积分时间常数；TD——微分时间常数PID传递函数9/16/202117例8—4设计PID控制器Ka≥10ωc≥4rad/sφ(ωc)≥50°9/16/202118例8—4仿真结果9/16/2021198.3控制系