自控06 线性系统的校正

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1、1第六章线性系统的校正6.1基本概念6.2线性系统的基本控制规律6.3常用校正装置及其特性6.4校正装置设计的方法和依据6.5串联校正的设计12设计一个自动控制系统一般经过以下三步:根据任务要求，选定控制对象；根据性能指标的要求，确定系统的控制规律，并设计出满足这个控制规律的控制器，初步选定构成控制器的元器件；将选定的控制对象和控制器组成控制系统，如果构成的系统不能满足或不能全部满足设计要求的性能指标，还必须增加合适的元件，按一定的方式连接到原系统中，使重新组合起来的系统全面满足设计要求。原系统控制器控

2、制对象校正系统原系统校正装置能使系统的控制性能满足控制要求而有目的地增添的元件称为控制系统的校正元件或称校正装置.图6－1系统综合与校正示意图6.1基本概念23必须指出，并非所有经过设计的系统都要经过综合与校正这一步骤，对于控制精度和稳定性能都要求较高的系统，往往需要引入校正装置才能使原系统的性能得到充分的改善和补偿。反之，若原系统本身结构就简单而且控制规律与性能指标要求又不高，通过调整其控制器的放大系数就能使系统满足实际要求的性能指标。控制系统包括两部分不可变部分：执行元件和测量元件一旦选定，其参数和

3、结构就固定了。可变部分：当系统通过调节放大元件的参数仍不能满足系统性能指标时，我们要加入附加装置来改善系统性能。我们称之为校正装置。校正的实质就是通过系统的零极点来改变系统性能。34系统性能指标时域指标常常将时域指标转化为相应的频域指标进行校正装置的设计闭环频域指标开环频域指标45系统分析与校正的差别:系统分析的任务是根据已知的系统，求出系统的性能指标和分析这些性能指标与系统参数之间的关系，分析的结果具有唯一性。系统的综合与校正的任务是根据控制系统应具备的性能指标以及原系统在性能指标上的缺陷来确定校正装

4、置(元件)的结构、参数和连接方式。从逻辑上讲，系统的综合与校正是系统分析的逆问题。同时，满足系统性能指标的校正装置的结构、参数和连接方式不是唯一的，需对系统各方面性能、成本、体积、重量以及可行性综合考虑，选出最佳方案.56校正装置的连接方式:(1)串联校正(2)反馈校正(3)前馈校正67串联校正串联校正的接入位置应视校正装置本身的物理特性和原系统的结构而定。一般情况下，对于体积小、重量轻、容量小的校正装置(电器装置居多)，常加在系统信号容量不大的地方，即比较靠近输入信号的前向通道中。相反，对于体积、重量

5、、容量较大的校正装置(如无源网络、机械、液压、气动装置等)，常串接在容量较大的部位，即比较靠近输出信号的前向通道中。Gc(s)G(s)H(s)R(s)Y(s)-6－2串联校正78反馈校正反馈校正是将校正装置Gc(s)反向并接在原系统前向通道的一个或几个环节上，构成局部反馈回路。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)Y(s)由于反馈校正装置的输入端信号取自于原系统的输出端或原系统前向通道中某个环节的输出端，信号功率一般都比较大，因此,在校正装置中不需要设置放大电路，有利于校正装置的简化。但由于输入

6、信号功率比较大，校正装置的容量和体积相应要大一些。图6－3反馈校正89前馈校正：++--N(s)++--R(s)R(s)Y(s)Y(s)扰动补偿前馈补偿9106.2线性系统的基本控制规律比例(P)控制积分(I)控制比例积分(PI)控制比例微分(PD)控制比例积分微分(PID)控制10116.2.1比例(P)控制比例（P）作用：Kp为比例增益优缺点控制器的比例增益越大，控制稳态误差越小。但降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。11126.2.2积分(I)控制积分作用：优缺点前向通道上提高控制系

7、统的型别，改善系统的稳态精度。积分作用滞后90度，对稳定性不利；且调节缓慢，不及时。定义：为“积分时间常数”。12136.2.3比例积分(PI)控制在前向通道上，相当于系统增加了一个位于原点的极点和一个s左半平面的零点，该零点可以抵消极点所产生的相位滞后，以缓和积分环节带来的对稳定性不利的影响。比例积分作用是比例作用和积分作用的综合+-(t)r)11(sTKip+)(ty)(tue(t)sTeKCsC+-1t13146.2.4比例微分(PD)控制比例微分作用是比例作用和微分作用的综合+-(t)r)1(s

8、TKdp+)(ty)(tue(t)sTeKCsC+-1t14156.2.5比例积分微分(PID)控制PID控制包含上述三种控制规律的调节器称为PID调节器它可以结合三种作用的优点（积分改善稳态性能，微分改善动态性能），较好的满足生产过程自动控制的要求。根据实际情况选择其三个参数：Kp、Ti、Td156.3常用校正装置及其特性6.3.1无源校正装置无相移校正装置相位超前校正装置相位滞后校正装置相位滞后—超前校正装置6.3.2有源校正装置16一