6 控制系统的综合与校正.ppt

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1、第六章线性系统的校正方法6-1综合与校正的基本概念6-2常用校正装置及其特性6-3串联校正6-4反馈校正本章小结16-1综合与校正的基本概念设计一个自动控制系统一般经过以下三步:根据任务要求，选定控制对象；根据性能指标的要求，确定系统的控制规律，并设计出满足这个控制规律的控制器，初步选定构成控制器的元器件；将选定的控制对象和控制器组成控制系统，如果构成的系统不能满足或不能全部满足设计要求的性能指标，还必须增加合适的元件，按一定的方式连接到原系统中，使重新组合起来的系统全面满足设计要求。原系统控制器控制对象校正系统原系统校正装置能使系统的控制

2、性能满足控制要求而有目的地增添的元件称为控制系统的校正元件或称校正装置.图6－1系统综合与校正示意图2系统分析与校正的差别:系统分析的任务根据已知的系统，求出系统的性能指标和分析这些性能指标与系统参数之间的关系，分析的结果具有唯一性。系统的综合与校正的任务根据控制系统应具备的性能指标以及原系统在性能指标上的缺陷来确定校正装置(元件)的结构、参数和连接方式。从逻辑上讲，系统的综合与校正是系统分析的逆问题。同时，满足系统性能指标的校正装置的结构、参数和连接方式不是唯一的，需对系统各方面性能、成本、体积、重量以及可行性综合考虑，选出最佳方案.36

3、-2常用校正装置及其特性校正装置的连接方式:(1)串联校正(2)顺馈校正(3)反馈校正4串联校正串联校正的接入位置应视校正装置本身的物理特性和原系统的结构而定。一般，对于体积小、重量轻、容量小的校正装置(电器装置居多)，常加在系统信号容量不大的地方，即比较靠近输入信号的前向通道中。相反，对于体积、重量、容量较大的校正装置(如无源网络、机械、液压、气动装置等)，常串接在容量较大的部位，即比较靠近输出信号的前向通道中。Gc(s)G(s)H(s)R(s)C(s)-6－2串联校正Gc(s):校正装置传递函数G(s):原系统前向通道的传递函数H(s)

4、:原系统反馈通道的传递函数图6－2串联校正示意图5顺馈校正顺馈校正是将校正装置Gc(s)前向并接在原系统前向通道的一个或几个环节上。它比串联校正多一个连接点,即需要一个信号取出点和一个信号加入点。R(s)Gc(s)G2(s)H(s)G1(s)C(s)-图6－3顺馈校正图6－3顺馈校正示意图6反馈校正反馈校正是将校正装置Gc(s)反向并接在原系统前向通道的一个或几个环节上，构成局部反馈回路。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)C(s)由于反馈校正装置的输入端信号取自于原系统的输出端或原系统前向通道中某个环节的输出端，信号功率一般都比

5、较大，因此,在校正装置中不需要设置放大电路，有利于校正装置的简化。但由于输入信号功率比较大，校正装置的容量和体积相应要大一些。图6－4反馈校正图6－4反馈校正示意图7三种连接方式的合理变换通过结构图的变换，一种连接方式可以等效地转换成另一种连接方式，它们之间的等效性决定了系统的综合与校正的非唯一性。在工程应用中，究竟采用哪一种连接方式,要视具体情况而定。一般，要考虑的因素有：原系统的物理结构，信号是否便于取出和加入，信号的性质，系统中各点功率的大小，可供选用的元件，还有设计者的经验和经济条件等。由于串联校正通常是由低能量向高能量部位传递信号

6、。加上校正装置本身的能量损耗。必须进行能量补偿。因此，串联校正装置通常由有源网络或元件构成，即其中需要有放大元件。反馈校正是由高能量向低能量部位传递信号，校正装置本身不需要放大元件，因此需要的元件较少，结构比串联校正装置简单。从反馈控制的原理出发，反馈校正可以消除校正回路中元件参数的变化对系统性能的影响。因此，若原系统随着工作条件的变化，它的某些参数变化较大时，采用反馈校正效果会更好些。8常用校正装置及其特性(1)超前校正网络(2)滞后校正网络(3)滞后-超前校正网络9(1)超前校正网络网络的传递函数(6-1)R1R2C图6－5无源超前网络

7、UoUi式中复阻抗10由式(6-1)，无源超前网络具有幅值衰减作用，衰减系数为1/a。如果给超前无源网络串接一放大系数为a的比例放大器，就可补偿幅值衰减作用。此时，超前网络传递函数可写成：(6-2)由上式知，超前网络传递函数有一个极点和一个零点，它们在复平面上的分布如图6-6所示.，相位超前作用.-1/T-1/ɑTspZjω0φzφp图6-6超前网络零、极点在s平面上的分布11用S=jω代入式(6-2)得到超前校正网络的频率特性(6-3)由上式得到超前网络极坐标图。当ɑ值趋于无穷大时,单个超前网络的最大超前相角φm=90度;当ɑ=1时超前

8、相角φm=0度,这时网络已经不再具有超前作用,它本质上是一个比例环节.超前网络的最大超前相角φm与参数ɑ之间的关系如图6－7、6-8所示.图6－7超前网络极坐标图Im0ɑ2φm2