《系统设计与校正》PPT课件

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1、第五章系统设计与校正ST§5.1系统校正的概念§5.2几种基本控制规律§5.3常用校正装置与特性§5.4常用校正方法及校正装置的设计§5.5常用的工程设计方法§5.1系统校正的概念ST1控制系统的性能指标1)、稳态性能指标    在控制系统设计中，采用的设计方法一般依据性能指标的形式而定。系统性能指标有频域指标与时域指标，目前，工程技术界多习惯采用频率法，故通常通过近似公式进行两种指标的互换。(1)二阶系统频域指标与时域指标的关系§5.1系统校正的概念ST§5.1系统校正的概念ST（2）高阶系统频域指标与时域指标的关系2、系统带宽ωb的确定    为使系统能够准确复

2、现输入信号，要求系统具有较大的带宽；然而从抑制噪声角度来看，又不希望系统的带宽过大。§5.1系统校正的概念ST此外，为了使系统具有较高的稳定裕度，希望系统开环对数幅频特性在截止频率ωc处的斜率为-20dB/dec，但从要求系统具有较强的从噪声中辨识信号的能力来考虑，却又希望ωc处的斜率小于-40dB/dec。由于不同的开环系统截止频率ωc对应于不同的闭环系统带宽频率ωb，因此在系统设计时，必须选择切合实际的系统带宽。    一个设计良好的实际运行系统，其相角裕度具有45°左右的数值。要实现左右的相角裕度要求，开环对数幅频特性在中频区的斜率应为－20dB/dec，同时要

3、求中频区占据一定的频率范围，以保证在系统参数变化时，相角裕度变化不大。    控制系统的带宽频率通常取为ωb=(5:10)ωM，且使ω1~ωn处于(0~ωb)范围之外，如图所示。§5.1系统校正的概念ST§5.1系统校正的概念ST3校正方式    按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。    串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串接于系统前向通道之中；反馈校正装置接在系统局部反馈通路之中。串联校正与反馈校正连接方式如图所示。§5.1系统校正的概念ST前馈校正又称顺馈校正，是在系统主反馈回路

4、之外采用的校正方式。如图所示。§5.1系统校正的概念ST复合校正方式是在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成一个有机整体，如图所示。§5.2几种基本控制规律ST4基本控制规律1）比例(p)控制规律    具有比例控制规律的控制器，称为P控制器，如图所示。其中Kp称为P控制器增益。P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在串联校正中，加大控制器增益，可以提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至造成闭环系统不稳定。因此，在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律。§5.2几种基本控制规律ST2）比例-微分(PD)控制规律

5、    具有比例－微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出m(t)与输入e(t)的关系如下式所示：§5.2几种基本控制规律STKp为比例系数；τ为微分时间常数。PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个-1/τ的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统动态性能的改善。3）积分（Ⅰ）控制规律    具有积分控制规律的控制器，称为Ⅰ控制器。Ⅰ控制器的输出信号m(t)与其输入信号e(t)的积分成正比，即§5.2几种基本控制规律ST其中Ki为可调比例系数。

6、在串联校正时，采用Ⅰ控制器可以提高系统的型别（无差度），有利于系统稳态性能的提高，但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角滞后，对系统不利。因此，在控制系统的校正设计中，通常不宜采用单一的Ⅰ控制器。§5.2几种基本控制规律ST4）比例-积分(PI)控制规律    具有比例-积分控制规律的控制器，称PⅠ控制器。式中，Kp为可调比例系数；Ti为可调积分时间常数。在串联校正时，PⅠ控制器相当于增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而

7、增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PⅠ控制器极点对系统稳定性及记过程产生的不得影响。§5.2几种基本控制规律ST5)比例-积分-微分（PID）控制规律    具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID控制器。§5.2几种基本控制规律ST若4τ/Ti<1，上式还可写成当利用PID控制器进行串联校正时，除可使系统的型别提高一级外，还将提供两个负实零点。与PI控制器相比，PID控制器除了具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。通常，应使I部分发生在系统频率特性的低频段，