同济大学《自动控制原理》第六章控制系统的综合与校正PPT课件

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1、第六章控制系统的综合与校正同济大学汽车学院控制工程基础第六章控制系统的综合和校正6.1概述6.2串联校正装置的形式及其特性6.3用频率特性法确定串联校正装置6.4反馈校正6.5复合校正控制系统不可变部分执行机构被控对象检测装置可变部分（放大器）、校正装置迫使系统满足给定的性能(设计系统)校正实质1：通过引入校正装置的零极点，来改变系统的零极点分布频率特性的整形校正实质2：频率特性整形，满足期望的频率特性调整增益（变小）相角裕量增加稳态误差增加!!大多数情况下，只调整增益不能使系统的性能得到充分地改变，以满足给定的性能指标。L()()00180º1=0G(s)

2、G(s)/Kc1c一种简单的控制器(增益调整)稳态误差和相角裕量构成矛盾！！！控制系统的设计任务：根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器，使系统能成为给定性能指标的控制系统。校正(补偿)：通过改变系统结构，或在系统中增加附加装置或元件对已有的系统（固有部分）进行再设计使之满足性能要求。控制系统的设计本质是寻找合适的校正装置！！！(校正装置)1、综合法（期望特性法）根据性能指标要求确定系统期望的特性，与原有特性进行比较，从而确定校正方式、校正装置的形式及参数。校正方法固有特性系统要求的品质指标选定的校正装置“-”2、分析法（试探法）直观、设计的校正装置物理上易于实现

3、。固有特性系统要求的品质指标系统的品质不符要求则重选校正装置选定的校正装置“+”“-”！分析法或者综合法都可应用根轨迹法和频率响应法实现。校正方式校正方式取决于系统中信号的性质；技术方便程度；可供选择的元件；其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）；经济性…串联校正设计较简单，容易对信号进行各种必要的变换，但需注意负载效应的影响。反馈校正可消除系统原有部分参数对系统性能的影响，元件数也往往较少。复合校正扰动可测，既能改善稳态性能，又能改善动态性能。同时采用串、并联、复合校正性能指标要求较高的系统。低频段(第一个转折频率ω1之前的频段)稳态性能中频段(ω1~10ωc)动

4、态性能高频段(10ωc以后的频段)抗干扰（噪声抑制）三频段低频段稳态误差系数0型系统Kp＝K；Kv＝Ka＝0I型系统Kp＝∞；Kv＝ω1；Ka＝0II型系统Kp＝∞；Kv＝∞；Ka=ω22中频段反映系统的相对稳定性和快速性一个设计合理的系统的三频段中频段的斜率以－20dB为宜；低频段和高频段可以有更大的斜率低频段斜率大，提高稳态性能；(系统型别高)高频段斜率大，排除干扰。但中频段必须有充分宽的频带，以保证使得系统具备适当的相位裕量，同时能抵抗一定的参数变化！ωc的大小取决于系统的快速性要求。ωc大快速性好，但抗扰能力下降。第二节：串联校正装置的形式及其特性相位超前相位滞后

5、相位滞后－超前校正装置相位超前校正装置超前校正装置的作用：补偿系统相角滞后，增加相角稳定裕度，提高稳定性，改善动态品质。校正装置无源校正网络：阻容元件优点：校正元件的特性比较稳定。缺点：由于输出阻抗较高而输入阻抗较低，需要另加放大器并进行隔离;没有放大增益，只有衰减。有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。缺点：特性容易漂移。无源网络有源网络校正网络的实现相位滞后校正装置滞后校正装置的作用：(1)提高系统低频响应增益;(2)利用高频幅值衰减特性,以降低系统的开环截至频率,提高系统的相角裕度.选择滞后网络参数时:无源网络有源网络校正

6、网络的实现相位滞后－超前校正装置带阻滤波器滞后-超前校正装置的作用:利用校正网络中的超前部分改善系统的瞬态性能,而利用校正网络的滞后部分提高系统的稳态精度.无源网络校正网络的实现通过选择适当参量,使其具有两个不相等的负实数极点,则有有源网络写成另一种形式PID调节器PID控制PID(ProportionalIntegralDerivative)控制：对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算变换后形成的一种控制规律。PD控制P控制PID控制PI控制比例PKp比例系数微分DTd微分时常数积分ITi积分时常数！以串联校正为主是控制工程中技术成熟、理论完善、应用最为广泛的一种控制

7、策略。P、PI、PD或PID控制适用于数学模型已知及大多数数学模型难以确定的控制系统或过程。PID控制参数整定方便，结构灵活PID控制数字PID控制P控制对系统性能的影响：开环增益加大，稳态误差减小；幅值穿越频率增大，过渡过程时间缩短；系统稳定程度变差。原系统稳定裕量充分大时才采用比例控制。对系统性能的影响正好相反。！比例控制器实质是一种增益可调的放大器Kp<1Kp>1微分控制具有预测特性。Td就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的时间间隔。微分控制不可能预测任何尚未发生的作用。PD控制相位裕量增加，稳定性提高；