6自动控制原理

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1、第六章线性系统的校正第一节线性系统校正的概念第二节线性系统基本控制规律第三节常用校正装置及特点第四节校正装置设计的方法和依据第五节串联校正的设计第六节反馈校正的设计第七节反馈和前馈复合控制第八节MATLAB在线性系统校正中的应用第一节线性系统校正的概念控制系统不可变部分执行机构功率放大器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)一、控制系统的组成根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器及控制规律设计一个满足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

2、本质上是寻找合适的校正装置(校正装置)二、控制系统的设计任务三、控制系统的性能指标稳态精度稳态误差ess过渡过程响应特性时域：上升时间tr、超调量Mp、调节时间ts频域：谐振峰值Mr、增益交界频率ωc、谐振频率ωr、带宽ωb相对稳定性增益裕量Kg、相位裕量(c)扰动的抑制带宽ωb四、校正方式串联校正并联校正（反馈校正）复合（前馈、顺馈）校正校正方式选择需要考虑的因素系统中信号的性质；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…串联校正的特点设计较简单，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。反馈校正的特点可消除系统原有部分参数对

3、系统性能的影响，元件数也往往较少。同时采用串、并联校正性能指标要求较高的系统。第二节线性系统基本控制规律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。比例控制（P）Proportional微分控制（D）积分控制（I）IntegralDerivative线性系统基本控制规律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，结构灵活一、比例控制（P）比例控制器实质是一种增益可调的放大器对系统性能的影响正好相反。Kp>1开环增益加

4、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。Kp<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。二、比例微分（PD）控制转折频率1=Kp/Td预先作用抑制阶跃响应的超调缩短调节时间抗高频干扰能力相位裕量增加，稳定性提高；c增大，快速性提高Kp＝1时，系统的稳态性能没有变化。高频段增益上升，可能导致执行元件输出饱和，并且降低了系统抗干扰的能力；微分控制仅仅在系统的瞬态过程中起作用，一般不单独使用。PD控制通过引入微分作用改善了系统的动态性能三

5、、比例积分（PI）控制调节Ti影响积分控制作用；调节Kp既影响控制作用的比例部分，又影响积分部分。由于存在积分控制，PI控制器具有记忆功能。转折频率1=1/（KpTi）一个积分环节提高系统的稳态精度一个开环零点弥补积分环节对系统稳定性的不利影响Kp＝1系统型次提高，稳态性能改善。相位裕量减小，稳定程度变差。Kp<1系统型次提高，稳态性能改善；系统从不稳定变为稳定；c减小，快速性变差。通过引入积分控制作用以改善系统的稳态性能。通过比例控制作用来调节积分作用所导致相角滞后对系统的稳定性所带来的不利影响。由于，导致引入PI控制器后，系统的相位滞后增加，因此，若要通过PI控制器改善

6、系统的稳定性，必须有Kp<1，以降低系统的幅值穿越频率。四、PID控制一个零极点提高稳态精度两个负实部零点提高动态性能Kp＝1在低频段，PID控制器通过积分控制作用,改善了系统的稳态性能；在中频段，PID控制器通过微分控制作用,有效地提高了系统的动态性能。近似有：通常PID控制器中i<d（即Ti>Td）第三节常用校正装置及特点校正装置无源校正装置有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—超前校正装置一、无源校正装置与有源校正装置的特点无源校正网络：阻容元件优点：校正元件的特性比较稳定

7、。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。二、无相移校正装置（比例控制）1、传递函数2、实现形式无源网络放大器3、Bode图三、相位超前校正装置（PD校正）1、传递函数2、实现形式采用阻容网络实现PD校正装置时α的取值1）受超前校正装置物理结构的限制；2）α太大，通过校正装置的信号幅值衰减太严重。近似地实现PD控制实用微分校正电路