自动控制原理 上 教学课件 作者 谢昭莉 第6章.ppt

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1、第6章控制系统的校正6.1引言第6章控制系统的校正16.2常用校正装置及其特性26.3频域法串联校正36.4根轨迹法串联校正46.5工程控制方法-PID控制526.6反馈校正66.7复合校正76.1引言3本章以满足控制系统性能指标为目的，从频域和复数域探讨自动控制系统校正装置的设计方案及原理。控制方案设计是控制系统设计的核心内容。控制系统设计的任务是选择合适的控制方案与系统结构，计算参数和选择元部件，通过仿真及实验研究，建立能满足技术指标要求的实际系统。这是一项复杂的工作，既要考虑技术要求，也要考虑经济性、可靠性、安装工艺、实验维护等多方面的要求，第

2、7章将就这一问题从应用实例的角度去展现设计过程。本章仅限于讨论其中的技术部分，即从控制观点出发，采用数学方法去寻找一个能满足性能指标的控制系统，设计校正装置。6.1引言4控制系统校正的目的是将校正装置与系统固有部分经过合适的连接，构成新的系统结构，使其能完成控制系统的任务要求。通常，这些任务和要求是通过性能指标来体现的。第3章的时域分析，是以单位阶跃响应的超调量，峰值时间、调节时间及典型输入下的稳态误差等时域特征量的定量指标来刻画控制系统性能的，比较直观易懂。相对于时域指标来说，频域指标是以系统的相角裕量、幅值裕量、谐振峰值、闭环系统带宽、静态误差系

3、数等频域特征量给出，就不如时域指标那么直观，但频域指标易于校正装置的设计。6.1引言51．控制系统的性能指标时域性能指标主要包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量；稳态性能指标主要由系统的稳态误差来描述。时域指标虽然直观，但直接用它在时域进行校正装置设计比较困难，通常采用频域法进行设计，因此作为设计者，需要首先将时域指标转换为频域指标，然后进行频域法的校正设计。6.1引言61）典型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量超调量调节时间6.1引言72）高阶系统开环频域指标与时域指标的关系超调量调节时间6.1引言82．系

4、统校正方式串联校正是把校正装置设置在固有部分之前系统的前向通道中，来改变系统的结构，以达到改善系统性能的方法。1）串联校正串联校正将校正装置放置在误差检测点之后和放大器之前系统能量最小的前端，校正装置的功率较小，设计及实现都比较简单，是最常用校正的方式，如图6-1所示。图6-1串联校正校正装置6.1引言92）局部反馈校正图6-2反馈校正局部反馈校正通常简称反馈校正或并联校正。这种校正方式是把校正装置与系统固有部分按反馈方式连接，故称为反馈校正，如图6-2所示。反馈校正的一个显著优点是可以抑制系统参数波动及非线性因素对系统的影响，主要问题是设计较复杂。

5、校正装置6.1引言103）前馈校正与复合校正图6-3前馈校正前馈校正的信号取自闭环外的系统输入或干扰信号，如图6-3所示。前馈校正是利用开环补偿的原理来提高系统精度的，但一般不单独使用，常与反馈控制结合构成复合控制系统，以满足系统性能指标要求。6.1引言113．系统校正方法1）频域法校正频域法校正即是借助Bode进行系统校正设计。当仅改变系统开环增益K不能同时兼顾系统的动态指标及稳态指标时，必须对系统的固有部分进行校正设计。利用校正装置来改变固有部分频率特性形状,使其具有合适的低频段、中频段和高频段从而获得满意的动态性能及稳态性能。特别是在涉及到有高

6、频噪声时，频率法设计比其他方法更方便直观。6.1引言122）根轨迹法校正根轨迹法校正即是借助根轨迹图进行系统校正设计。若系统的期望主导极点不在系统的根轨迹上，由根轨迹的特性知道，添加系统开环零点或者极点可以改变系统的根轨迹形状。加上一对零、极点,使零点位于极点右侧，利用其零、极点去改变原根轨迹。如果零、极点的位置选择恰当，就既能够使增加校正装置后的系统根轨迹通过期望主导极点，满足系统动态性能要求，又能使主导极点位置处的开环增益满足系统稳态性能的要求。返回6.2常用校正装置及其特性13一.超前校正装置及其特性二.滞后校正装置及其特性三.滞后-超前校正装

7、置及其特性一.超前校正装置及其特性14如果一个串联校正装置的频率特性具有正的相角，称该装置为超前校正装置。1．无源超前校正装置传递函数为：在串联校正设计中，一般先按照系统的稳态要求设计系统的开环增益，为了使按满足动态指标要求设计出的超前校正装置参数不影响已经设计好的稳态性能，一般假设这个下降在设计稳态精度时已被考虑到了由提高放大器增益来补偿。于是无源超前校正网络的传递函数可写成。为无源超前校正装置的传递函数一.超前校正装置及其特性15无源超前校正装置的零、极点分布：无源超前校正装置的对数频率特性一.超前校正装置及其特性16由三角函数的两角和公式化简得

8、：1/αT和1/T的几何中心为：一.超前校正装置及其特性17之间的关系曲线如图所示。α值越大，则超前校正网络