自动控制 第6章 线性系统的校正方法1.ppt

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1、第6章线性系统的校正方法设计一个自动控制系统一般要求：系统良好的性能，满足给定技术指标的要求便于物理实现、经济性好、可靠性高在设计过程中：既要理论指导，又要重视实践经验；局部与整体的配合。主要三种校正方法：串联校正、反馈校正、复合校正。6-1系统的设计与校正问题当被控对象给定后，设计一个实际的控制系统一般要确定：（1）根据所要求的被控信号的最大速度或速度等，初步选择执行元件的形式、特性和参数。（2）根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素，选择测量元件。（3）根据执行元件的功率要求，选择功率放大器

2、；根据系统设计增益的要求确定增益可调的前置放大器。若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数，不能使得系统性能指标满足要求，则要在系统中加入参数及特性可调整的校正装置。主要三种校正方法：串联校正、反馈校正、复合校正。性能指标电动机控制系统：（1）直流电动机调速系统对速度平稳性、稳态精度要求较高；（2）随动系统对于系统输出对系统输入的跟踪速度要尽可能快，系统的快速性。生产过程（石油化工、生物工程、热力工程等）：系统输出（温度、流量、压力等）平稳、稳态精度。性能指标的确定要考虑物理可实现性、经济性设计方法：（1）根轨迹法校正时域性能指标：单位阶

3、跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等；（2）频率法校正频域性能指标：相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、静态误差系数等。在实际应用中频率法校正更加广泛。二阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值谐振频率带宽频率截止频率相角裕度超调量调节时间高阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值超调量调节时间系统带宽的选择要求较高的稳定裕度，希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-20dB/dec要求较强的从噪声中辨识信号的能力，希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率小于-40dB/dec不同用途的系统对系统带宽是不一样的。一般要求系

4、统的稳定裕度在45o左右中频区的斜率为-20dB/dec若输入信号的带宽：噪声信号主要作用的频带为：而且使处于之外。校正方式串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校正串联校正与反馈校正串联校正被控对象反馈校正前置放大、功率放大前馈校正被控对象反馈校正前置放大、功率放大G1(s)G2(s)Gn(s)G1(s)G2(s)Gr(s)前馈校正复合校正基本控制规律（1）比例（P）控制（2）比例-微分（PD）控制（3）积分（I）控制（4）比例-积分（PI）控制例1设比例-积分控制系统，对象传递函数为分析PI控制对系统稳态性能的改善。解：没有PI控制或比例控

5、制，系统稳态误差为或采用PI控制，稳态误差为零而且可以调整积分时间常数，使得系统闭环稳定。（5）比例-积分-微分（PID）控制6-2常用校正装置及其特性1.无源校正网络无源超前网络进一步可研究对数频率特性分度系数的选择求两端交接频率的中点（即几何中心）：无源迟后校正无源迟后网络对低频信号不产生衰减，对高频噪声信号有削弱作用，b值越小，通过迟后网络的噪声电平就越低。迟后网络用于串联校正的主要作用：利用网络的高频衰减特性，降低系统的开环截止频率，来换取较大的相角裕度。为此，要避免因迟后网络带来的最大迟后角发生在拟校正的系统新的开环截止频率附近。

6、无源迟后-超前网络网络传递函数因为网络的超前部分：网络的迟后部分：2.有源校正有源校正装置：无源网络与运算放大器测速发电机与无源网络P.256表6-2常用有源校正装置3.PID控制器（PID调节器）气动式PID调节器、电子式PID调节器P.252表6-1常用无源校正装置6-3串联校正系统设计指标为频域特征量，一般用频域法校正系统设计指标为时域指标，宜用根轨迹法校正频域法校正用到的主要指标：稳态误差、开环截止频率、相角裕度。频率响应法的校正装置设计方法：（1）试探法（分析法），（2）综合法（期望特征法）上述方法的设计过程主要适合于最小相位系统

7、。开环频率特性：低频段表征闭环系统的稳态性能、中频段表征闭环系统的动态性能、高频段表征闭环系统的复杂程度和抑制噪声的能力。1.串联超前校正采用无源超前网络或PD调节器的原理进行串联超前校正。对于无源超前校正主要确定两端的交接频率。校正后系统开环幅频特性的一般形状：（1）低频段增益充分大，保证稳态误差的要求；（2）中频段幅频特性斜率为-20dB/dec，而且有足够的频带宽度，保证适当的相角裕度；（3）高频段增益尽快减小，尽可能地削弱噪声的影响。无源超前网络设计步骤：（1）根据稳态要求，确定开环增益；（2）由已知的开环增益，计算未校正系统的相角

8、裕度；（3）根据设计截止频率要求，计算超前网络的和（4）验证校正后系统的相角裕度（5）调节放大倍数或串联附加放大倍数为的放大器，补偿无源超前网络的衰减。例1设单位反馈系统，被控对