机械工程控制基础 教学课件 作者 李连进 8_控制系统的综合与校正(2).ppt

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1、第8章控制系统的综合与校正8.1控制系统校正的基本概念8.2校正装置及其特性8.3串联校正8.4并联校正8.5控制器类型8.6按希望特性设计控制器8.7工程中的控制系统设计实例2021/7/2218.5控制器类型线性系统的基本控制规律1.比例（P）控制规律图8-10P控制器控制器的输出信号成比例的反映输入信号，其传递关系可表示为比例系数2021/7/2228.5控制器类型线性系统的基本控制规律2.比例—微分（PD）控制规律图8-11PD控制器其输入输出关系为：PD控制器的微分作用能反应输入信号的变化趋势

2、，即可产生早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。比例系数可调微分时间常数可调2021/7/2238.5控制器类型线性系统的基本控制规律3.积分（I）控制规律图8-12I控制器其输入-输出关系为在串联校正中，积分控制器可使原系统的型号提高（无差度增加），提高系统的稳态性能。但积分控制使系统增加了一个在原点的开环极点，使信号产生的相位滞后，对系统的稳定性不利。因此，I控制器一般不宜单独使用。比例系数可调2021/7/2248.5控制器类型线性系统的基本控制规律4.比例—积分（PI）控制规

3、律图8-13PI控制器其输入-输出关系为PI控制器主要用来改善系统的稳态性能。2021/7/2258.5控制器类型线性系统的基本控制规律5.比例—积分—微分（PID）控制规律图8-14PID控制器其输入-输出关系为在工业控制系统中，广泛使用PID，可以在提高系统稳态性能的同时，提高系统的动态性能。2021/7/2268.5控制器类型8.5.1比例控制器(P)+式中图8.15比例控制器2021/7/2278.5控制器类型对于此网络有8.5.2比例积分调节器（PI）相当于滞后校正2021/7/2288.5控

4、制器类型对于此网络有8.5.3比例微分调节器（PD）相当于超前校正2021/7/2298.5控制器类型8.5.4比例积分微分调节器（PID）2021/7/2210PID实质（PID组合要综合考虑其增加的零极点的影响）P提高开环增益，稳态误差减少降低系统阻尼，快速性提高，稳定性降低降低幅值裕度I（低频段）提高系统型别，稳态误差减少相角滞后增加，稳定性降低D（中频段）不影响稳态性能提高系统阻尼，快速性变慢，稳定性提高，降低超调增加零点，相角裕度增加噪声敏感8.5控制器类型2021/7/22118.6按希望特

5、性设计控制器1、二阶系统最优模型闭环传递函数为二阶系统最优模型伯德图工程上常采用两种典型的希望对数频率特性：二阶系统最优模型和三阶系统最优模型确定有源校正网络的参数。开环传递函数为2021/7/22121、二阶系统最优模型典型Ⅰ系统8.6按希望特性设计控制器2021/7/22131、二阶系统最优模型8.6按希望特性设计控制器2021/7/22141、二阶系统最优模型由Bode图可见：几何关系构成典型I型系统的必要条件8.6按希望特性设计控制器2021/7/2215故的阻尼比称为工程最佳阻尼系数。要保证常

6、取当阻尼比时，调节时间1、二阶系统最优模型超调量此时转折频率这时，系统的稳定性和快速性都较好8.6按希望特性设计控制器2021/7/22162.高阶系统最优模型图8-20三阶系统最优模型伯德图8.6按希望特性设计控制器2021/7/22172、高阶系统最优模型典型Ⅱ型系统的开环传递函数8.6按希望特性设计控制器2021/7/22182、高阶系统最优模型8.6按希望特性设计控制器2021/7/22192、高阶系统最优模型对数幅频特性渐近线（1）在低频段（2）中低频段（3）在高频段对数幅频特性8.6按希望特

7、性设计控制器2021/7/22202、高阶系统最优模型中频宽：谐振峰值最小准则：中频宽一定时：8.6按希望特性设计控制器2021/7/2221在一般情况下，是不变部分的参数，一般不能变动。2、高阶系统最优模型在初步设计时，可取，，选在7～12之间，如希望进一步增大稳定裕量，可把增大至15～18之间。只有和开环增益可以改变。变动相当于改变中频段宽度变动相当于改变值。值增加，稳态误差系数加大，提高了系统的稳态精度，同时幅值穿越频率也增大，提高系统的快速性。但相位裕量将减小，降低了系统的稳定性。增加，带宽加大

8、，可提高系统的稳定性。8.6按希望特性设计控制器2021/7/2222由前可知，二阶和三阶最优模型的高频段的对数幅频特性曲线斜率均为-40dB/dec。由于控制系统还存在一些时间常数小的部件，致使高频段的斜率呈现出-60～-100dB/dec，如图8.31所示。高频段对数幅频特性曲线以很陡的斜率下降，有利于降低噪声，提高系统抗高频干扰的能力。但是，这些小时间常数的部件也将使系统的相位裕量减小。无源网络校正装置的参数确定与有源网络类似：当系统