第6章 控制系统的校正.ppt

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1、第6章控制系统的校正6.1校正的概念与方式6.2线性系统的基本控制规律*6.3串联校正装置及其特性主要内容基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制器的设计，这项工作称为对控制系统的校正。第6章控制系统的设计与校正前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基本方法，就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。本章讨论另一命题，即如何根据系统预先给定的性能指标，去设计一个能满足性能要求的控制系统。DesignandCompensationTechniques在实际过程中，既要

2、理论指导，也要重视实践经验，往往还要配合许多局部和整体的试验。所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。6.1校正的概念与方式图6-1带校正装置的控制系统工程实践中常用的校正方法，串联校正、反馈校正和复合校正。校正方式串联校正反馈校正校正装置校正装置前馈校正复合校正Y(s)Y(s)图6-2串联校正图6-3反馈校正前馈校正复合校正图6-5前馈校正（对扰动的补偿）图6-4前馈校正（对给定值处理）Y(s)Y(s)Y(s)图6-6按扰动补偿的复合校正图6-7按输入

3、补偿的复合校正反馈校正：不需要放大器，可消除系统原有部分参数波动对系统性能的影响。串联校正：串联校正装置有源参数可调整。在性能指标要求较高的控制系统中，常常兼用串联校正和反馈校正。Y(s)6.2线性系统的基本控制规律*在校正装置中，常采用比例(P)、微分(D)、积分(I)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)等基本的控制规律。6.2.1比例(P)控制具有比例控制规律的控制器称为比例控制器．其特性和比例环节完全相同，它实际上是一个可调增益的放大器。传递函数动态结构图为比例控制的作用：1.在系统中增大比例系数Kp可

4、减少系统的稳态误差以提高稳态精度。2.增加Kp可降低系统的惯性，减小一阶系统的时间常数，改善系统的快速性。3.提高Kp往往会降低系统的相对稳定性，甚至会造成系统的不稳定。6.2.2比例−微分(PD)控制动态结构图为具有比例−微分控制规律的控制器称为比例微分控制器。传递函数PD控制器的作用：PD控制具有超前校正的作用，能给出控制系统提前开始制动的信号，具有“预见”性，能反应偏差信号的变化速率(变化趋势)，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引进一个有效的早期修正信号，有助于增加系统的稳定性，同时还可以提高系统的快速性。其缺点是系统抗高

5、频干扰能力差。6.2.3积分(I)控制具有积分控制规律的控制器，称为I控制器。动态结构图为传递函数6.2.4比例积分(PI)控制动态结构图传递函数PI控制器的作用：在系统中主要用于在保证控制系统稳定的基础上提高系统的型别，从而提高系统的稳态精度。6.2.5比例−积分−微分(PID)控制动态结构图传递函数PID控制器的作用：PID具有PD和PI双重作用，能够较全面地提高系统的控制性能。PID控制器除了提高系统型别之外，还提供了两个负实零点，从而较PI控制器在提高系统的动态性能方面有更大的优越性。因此，在工业控制设计中，PID控制器得到

6、了非常广泛的应用。一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。超级校正网络的结构与极点分布如下图6-8。6.3串联校正装置及其特性6.3.1超前校正及其特性图6-8超前网络(a)(b)假设该网络信号源的阻抗很小，可以忽略不计，而输出负载的阻抗为无穷大，则其传递函数为图6-8超前网络时间常数分度系数(a)(b)时间常数分度系数(6-1)注：

7、采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降a倍因此需要提高放大器增益加以补偿(6-2)图6-9带有附加放大器的无源超前校正网络此时的传递函数超前网络的零极点分布故超前网络的负实零点总是位于负实极点之右，两者之间的距离由常数a决定。由于可知改变a和T(即电路的参数R1、R2、C)的数值，超前网络的零极点可在s平面的负实轴任意移动。图6-10超前网络的零点分布对应式(5-2)得(6-3)(6-4)(6-2)画出对数频率特性如图5-10所示。20dB/dec图6-11超前网络的对数幅频和相频特性图显然，超前网络的Bode

8、图在1/aT至1/T之间的输入信号有明显的微分作用。从相频特性图可以看出，输出信号相角比输入信号相角超前，故名超前网络。那么，最大相位超前角发生在什么频率处？由(6-21)(6-7)(6-5)(6-6)故在最大超前角频率处具有最大超前