第六章终稿32423.ppt

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1、1.控制系统设计和校正设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，进行控制器设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成自动控制任务。校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件下，设计校正装置的传函和调整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。引言2.校正问题的三要素系统基本部分（原有部分、固有部分）：被控对象、控制器基本部分（放大元件、测量元件）。放大元件增益可调，其余参数固定——给定系统的性能要求——给定校正装置：当通过调整放大元件增益仍不能满足系统性能时，需要增加附加装置来改善系统性能

2、——需设计（未知）3.校正的实质通过改变系统的零极点来改变系统性能。4.校正装置的实现通常是参数易于调整的专用装置（模电或数电装置）校正方式多样化：串联校正、反馈校正、前馈补偿等注意：校正方案不唯一6.1系统校正设计基础一、性能指标1.常用时域性能指标（主要对阶跃响应定义）超调量、调节时间、上升时间、稳态误差或开环增益等。2.常用的频域指标开环频域指标：剪切频率、稳定裕度3.常用的复数域指标通常以系统闭环极点在复平面的分布区域来定义。ηθ二、几种校正方式根据校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，可将其作如下分类：三、校正设计的方法频率法基本思想：利用适当校正装

3、置的Bode图，配合开环增益调整来修改原来开环系统Bode图，使得开环系统经校正和增益调整后的Bode图符合性能指标要求。原开环Bode图＋校正环节Bode图＋增益调整＝校正后的开环Bode图6.2线性系统的基本控制规律问题的提出确定校正装置的具体形式时，应先了解校正装置所提供的控制规律，以便选择相应的元件。比例、微分、积分，或其组合，如比例－微分、比例－积分、比例－积分－微分等，是最基本的控制规律。增加校正装置，可改变描述系统运动过程的微分方程，从而改变系统响应。具有不同比例关系的校正器可改变微分方程系数，调整系统零极点分布，从而改变系统响应。具有微分和积分功

4、能的校正器可在更大程度上改变系统运动方程，使系统具有所要求的暂态和稳态性能。一、比例(P)控制规律具有比例控制规律的控制器，称为比例(P)控制器。则图6-2中称为比例控制器增益。图6-2控制系统改变了系统的极点加大控制器增益Kp，会降低系统的相对稳定性讨论：比例控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。只改变信号的增益而不影响其相位。加大控制器增益Kp，可提高系统开环增益，减小稳态误差，从而提高系统控制精度，但降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。很少单独使用比例控制规律。二、比例—微分(PD)控制规律具有比例－微分控制规律的控制器，称为比例－微分(P

5、D)控制器。则图6-2中的其中Kp为比例系数，Td为微分时间常数。Kp和Td都是可调的参数。讨论：PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号。增加系统的阻尼程度，改善系统的稳定性。增加一个－1/Td的开环零点，使系统的相角裕量增加，有助于系统动态性能的改善。单一的微分控制器不宜与被控对象串联起来单独使用。一般以PD或PID控制器的形式应用于实际的控制系统。例设比例—微分控制系统如下图所示，试分析PD控制器对系统性能的影响。解无PD控制器时，系统的特征方程为显然，系统的阻尼比等于零，系统处于临界稳定状态，即实际上的不稳定状态。接入

6、PD控制器后，系统的特征方程为其阻尼比因此闭环系统是稳定的。三、积分(I)控制规律具有积分控制规律的控制器，称为积分(I)控制器。则图6-2中其中Ti为可调比例系数。由于积分控制器的积分作用，当输入信号消失后，输出信号有可能是一个不为零的常量。讨论：积分控制可以提高系统的类型数，有利于系统稳态性能的提高。积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角滞后，对系统稳定性不利。在控制系统的校正设计中，通常不宜采用单一的积分控制器。四、比例—积分(PI)控制规律具有比例—积分控制规律的控制器，称为比例－积分(PI)控制器。则图6-2中其中Kp为可调

7、比例系数，Ti为可调积分时间常数。讨论：PI控制器相当于在系统中增加一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。增加的极点可以提高系统的类型数，消除或减小系统稳态误差，改善系统稳态性能；在实际控制系统中，PI控制器主要用来改善系统稳态性能。例设比例－积分控制系统如下图所示，试分析PI控制器对系统稳态性能的改善作用。解接入PI控制器后，系统的开环传递函数为可见，系统由原来的Ⅰ型系统提高到Ⅱ型系统。采用PI控制器后，系统的特征方程为由劳斯判据可知，若PI控制器的积分时间常数Ti>T，可保证闭环系统的稳定性。五、比例－积分－微分(PID)控制规律

8、具有比例－积分－微分控制