《自动控制理论(第3版)》邹伯敏课件第06章.ppt

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1、第六章控制系统的校正自动控制理论1第一节引言一、基本概念1、系统校正被控对象确定后，根据要求的控制目标，对控制器的进行设计的过程叫作系统校正。22、控制目标——性能指标34、用什么校正？校正装置——为了改善系统性能，引入的附加装置叫作校正装置，也叫补偿器；校正装置可以是电气的、机械的、气动的、液压的或其他形式的元件组成；电气的校正装置分为有源的和无源的两种，应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。3、为什么校正？闭环系统有自动控制功能，在一定范围内可以通过调节增益改变系统性能，但有时不能满足要求。45、一般校正方法反馈校正串联校正5按扰动前馈补偿的复合控制按参

2、考输入前馈补偿的复合控制66、方案选择技术性能、经济指标、可靠性等方面进行全面比较，权衡利弊，得到方案。提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元件、放大器等。7二、期望的开环频率特性1、开环频率特性与闭环性能之间的关系开环频率特性低频段:表征了闭环系统的稳态性能（稳态误差）；开环频率特性的中频段:表征了闭环系统的动态性能（振荡性、超调、相对稳定性等）；开环频率特性的高频段:表征了闭环系统的复杂性和噪声抑制能力。82、期望开环系统频率特性的形状低频段：增益充分大，以保证稳态误差要求；中频段：对数幅频特性斜率一般为－20dB/dec，并占据充分宽的频带，以保证具

3、备适当的相角裕度；高频段：增益尽快减小，以削弱噪声影响。若系统原有部分高频段已符合这种要求，则校正时可保持高频段形状不变，以简化校正装置的形式。9系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般可以将校正问题归纳为三类：1、如果系统稳定且有较满意的暂态响应，但稳态误差太大，这就必须增加低频段的增益来减小稳态误差，同时保持中、高频特性不变；2、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改变系统的截止频率和相角裕度；3、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高频段。10第二节超前校正1、超前

4、校正装置的传函和Bode图零极点分布图1110-210-11001010510152010-210-1100101010203040506020dB/decα=10，T=1ωm超前校正环节的Bode图12故在最大超前角频率ωm处的最大超前角φm为最大超前角频率求导并令其为零在最大超前角频率ωm处的幅频为二、超前校正环节的特性1310-210-11001010510152010-210-1100101010203040506020dB/decα=10，T=1ωm1.ωm正好处于两个转折频率的几何中心。2.ωm处的对数幅频为10lgα。3.最大超前角φm只与参数

5、α有关，二者之间单调递增。当α=4~20，φm=42◦~65◦，当α>20，φm增加不多。14三、超前校正环节的设计原理频率法对系统进行校正的基本思路是：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，使校正后系统的开环频率特性具有如下特点：用频率法对系统进行串联超前校正的基本原理：是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率(剪切频率)处。中频段：幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；高频段：要求幅值迅速衰减

6、，以减少噪声的影响。低频段：用以满足稳态精度的要求；1516校正环节对低频特性无影响，对稳态性能无影响。171.幅频特性的斜率为-20dB/dec；2.较宽的频带；3.足够的相位裕量。10-210-11001010510152020dB/decωm18高频段抬高，抗高频干扰能力有所下降，有一定影响10-210-11001010510152020dB/decωm19(1)根据给定的系统稳态性能指标，确定系统的开环增益K；(2)绘制在确定的K值下系统的Bode图，并计算其相角裕度g0；(3)根据给定的相角裕度g，计算所需要的相角超前量j0考虑到校正装置影响剪切

7、频率的位置而留出的裕量，上式中取四、超前校正环节的设计步骤20(4)令超前校正装置的最大超前角并按下式计算校正网络的系数a值如jm>60°，则应考虑采用有源校正装置或两级无源超前网络串联；215.校正后ωc=ωm。成立的条件是10-210-11001010510152020dB/decωm22(6)确定超前校正装置的交接频率(7)画出校正后系统的Bode图，验算系统的相角稳定裕度。如不符要求，可增大e值，并从第3步起重新计算；(8)校验其他性能指标，必要时重新设计参量，直到满足全部性能指标。23五、超前校正环节的设计举例解：1、根据稳态误差的要求，确定系统的

8、开环增益K。例6-1设控制系统如图所示，其开环传递函