《系统校正》PPT课件

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1、了解各种线性系统的校正方法，熟练掌握串联校正、PID校正和反馈校正装置的特性及其校正装置的设计，分析控制系统校正前后的性能变化。第七章系统校正本章学习要点7.1概述在工程实际应用中，分析、设计控制系统的目的是这个控制系统应该满足工程应用的实际需要，即满足工程应用对该控制系统性能的要求。当一个控制系统的性能不能全面地满足工程应用所要求的性能指标时，从而引出了系统的校正问题。本章将从控制工程的角度，讨论控制系统的系统综合与校正问题，重点介绍系统校正的概念、系统的性能指标和系统校正的方法。7.1.1校正的概念所谓校正(或称补偿、调节)，就是对已选定的系统附加一些具有某种典

2、型环节的传递函数，通过附加的典型环节的参数配置和系统增益的调整来有效地改善整个系统的控制性能，以达到所要求的性能指标。这些附加的典型环节通常是电网络、运算部件或测量装置等无源或有源微积分电路或速度、加速度传感器等，附加的典型环节也称为校正元件或校正装置。7.1.2系统的性能指标系统的性能指标，按其类型可分为：(1)时域性能指标：它包括瞬态性能指标和稳态性能指标；(2)频域性能指标：它不仅反映系统在频域方面的特性，而且，当时域性能不易求得可首先用频率特性实验来求得该系统在频域中的动态性能，再由此推出时域中的动态性能；综合性能指标：它是考虑对系统的某些重要参数应如何取值

3、才能保证系统获得某一最优的综合性能的测度，即若对这个性能指标取极值、则可获得有关重要参数值，而这些参数值可保证这一综合性能为最优。分析系统的性能指标能否满足要求以及如何满足要求，一般可分三种不同情况：（1）在确定了系统的结构和参数后，计算与分析系统的性能指标；（2）在初步选择系统的结构和参数后，核算系统的性能指标能否达到要求，如果不能，则需要修改系统的参数甚至结构，或对系统进行校正；（3）给定综合性能指标（如目标函数、性能函数等），设计满足此指标的系统，包括设计必要的校正环节。1．时域性能指标（1）瞬态性能指标系统的瞬态性能指标一般是在单位阶跃信号系统输出的过渡过程

4、所给出的，实质上是由系统瞬态响应所决定的，它包括七个主要方面：输入下，由①最大超调量②调整时间（或过渡时间）③峰值时间④上升时间⑤延迟时间⑥稳态误差⑦静态误差（2）稳态性能指标稳态误差：当系统的调整过程结束以后，实际的输出量与理想输出量之间的偏差。2．频域性能指标系统的频域性能可分为：开环频域指标和闭环频域指标。①开环剪切频率（1）开环频域指标是通过开环对数幅频特性曲线给出的频域性能指标：②相位裕量③幅值裕量④静态位置误差系数⑤静态速度误差系数⑥稳态加速度误差系数（2）闭环频域指标是通过系统闭环幅频特性曲线给出的频域性能指标：①谐振频率②相对谐振峰值：，当时，与在数

5、值上相同，为最大值③复现频率及复现带宽0～复现频率：若事先给定一个Δ作为反映低频正弦输入信就是幅频特性值与的差第一号作用下的允许误差，则次达到Δ时的频率值。，系统的输出就不能表示了复现低频正弦输入信号的带宽，复现带宽：当频率超过复现频率“复现”输入，所以0～称为复现带宽或工作带宽。④截止频率及截至带宽0～一般规定此处的是由下降3dB时的频率，即由下降到0.707的频率称为系统的截止频率,也称。频率由0～的范围称为系统的闭系统的闭环截止频率环带宽，也称为工作带宽或带宽。图7.1闭环频域指标都与系统的带宽应当指出的是：系统的频域性能指标与时域性能指标之间和调整时间与都是

6、系统阻尼比的函数。因此，当系统给定后，与都是常数，故系统的截止频率与和成反比关系，即系统的带宽越大，该系统响应输入信有一定的关系，如峰值时间有关。而的阻尼比号的快速性就越好。因此，系统的带宽表征了系统的响应速度。【例7.1】设有两个系统如图7.2所示。系统Ⅰ、Ⅱ的传递函数分别是试比较这两个系统的带宽，并证明：带宽大的系统反应速度快，跟随性能好。图7.2系统Ⅰ、Ⅱ的框图(a)系统Ⅰ(b)系统Ⅱ系统Ⅰ：系统Ⅱ：解在幅频特性的对数曲线（如图7.3(a)所示）上，系统的即为截止频率转折频率，则所以，系统Ⅰ的带宽较系统Ⅱ大可以证明，一阶惯性系统的截止频率均为转折频率。(a)图

7、7.3系统的Bode图图7.3系统响应曲线系统Ⅱ系统Ⅰ(b)(c)ⅡⅠ系统Ⅰ和系统Ⅱ的单位阶跃响应如图7.3(b)所示，单位速度输入响应如图7.3(c)所示。显然，带宽大的系统Ⅰ较带宽较小的系统Ⅱ具有较快的响应速度（如图7.3(b)所示）和较好的跟随性能（如图7.3(c)所示）。3．综合性能指标(误差准则)(1)误差积分性能指标图7.4无超调阶跃响应与误差(b)(a)在无超调的情况下，误差是单调变化的，因此，如果考虑所有时间里误差的总和，那么系统的综合性能指标可取为式中，误差。（7.1）（7.1）因的拉氏变换为所以（7.2）只要系统在阶跃输入下其过渡过程无超调，