§6-4 校正装置设计的方法和依据.ppt

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1、§6-4校正装置设计的方法和依据控制系统设计的内涵：根据系统性能指标要求确定控制器的结构形式和参数，并实现之。一、设计方法1、时域法不能直观显示出系统的结构和参数与性能之间的关系，显然用时域法去设计校正装置是困难的。2、根轨迹设计方法分析系统很方便，因为系统结构已定，但设计的盲目性很大。主要问题：1）采用何种控制规律2）过程复杂3、频率特性设计方法频率特性图可以清楚表明系统改变性能指标的方向频域设计通常通过Bode图进行处理起来十分简单。（当采用串联校正时，使得校正后系统的Bode图即为原有系统Bode图和校正装置的Bode图直接相加）对于某些数学模型推导起来比较困难

2、的元件，如液压和气动元件，通常可以通过频率响应实验来获得其Bode图。在涉及到高频噪声时，频域法设计比其他方法更为方便。二、设计依据和一般步骤系统性能指标系统固有部分传递函数系统固有部分频率特性期望频率特性校正装置频率特性校正装置传递函数三、频域性能指标的确定1、控制系统的稳态性能指标开环增益K以及系统的型别2、控制系统的暂态性能指标1）以系统的单位阶跃响应为基础而提出的性能指标上升时间tr、超调量Mp、调节时间ts2）以系统闭环频率特性为基础而提出的性能指标谐振峰值Mr、谐振频率ωr、带宽ωb3）以系统开环频率特性为基础而提出的性能指标系统开环伯德图的剪切频率ωc系

3、统的增益裕度Gm、相角裕度三组性能指标不是各自独立,可以混合使用,但不能互相矛盾!3、控制系统的带宽频率的确定重要性：对系统性能有重要影响，受很多因素影响1）信号复现能力和噪声干扰考虑的主要问题：尽可能无失真地复现有用信号，减少干扰。确定方法：有用信号带宽干扰信号带宽需注意问题：ωs和ωn靠得比较近难以确定2）机械谐振频率的限制考虑的主要问题：避免激起机械振荡，甚至共振。确定方法：其中：ωm为机械系统的谐振频率需注意问题：ωb和ωm靠得比较近会降低相对稳定性开环伯德图的剪切频率ωc和ωm距离尽可能远些3）系统的数学模型的简化将系统固有部分的数学模型在一定条件下予以简

4、化，用较为简单的低阶数学模型去近似和代替原系统模型。要求：选定的ωc应在近似的数学模型的适用带宽内几种常见的近似和适用条件四、期望的系统开环频率特性1、三频段的概念低频段(第一个转折频率ω1之前的频段)→稳态性能中频段(ω1~10ωc)→动态性能高频段(10ωc以后的频段)→抗干扰2、相角裕度γ与各频段参量的关系1）低频段斜率低频段斜率越大，则相角裕度γ减小越多，ω1离ωc越远，影响越小2）高频段斜率高频段有较大的斜率，同样会导致相角裕度γ减小，ω3离ωc越远，影响越小3）中频段斜率–60dB/dec肯定不稳定；–40dB/dec可能稳定，但稳定裕量γ较小；–20dB

5、/dec一般稳定，且稳定裕量γ较大。4）中频带宽度中频带宽度，h越大，相位裕量γ越大。3、合理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；高频段斜率大，排除干扰。但中频段必须有足够的带宽以保证系的相位裕量，带宽越大，相位裕量γ越大。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。五、期望频率特性的确定1、低频段由稳态特性确定K和积分环节个数，由此确定低频段2、中频段1）按给定的时域频性能指标确定剪切频率ωc2）过ωc点作-20dB/dec的直线3）确定中频渐近线的长度，或起点ω2和终点ω33、高频

6、段系统固有特性Ls(ω)的高频部分相同斜率、便于实现！！六、校正装置的实现问题1、什么是实现问题2、实现问题需要考虑的因素技术因素（实现的简便性、可靠性、稳定性、可维护性、体积大小、功耗等）经济因素（实现成本、运行成本、维护成本）3、实现问题存在的困难微分校正装置难以实现，且抗干扰能力差