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(1).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2021/10/41系统的分析给定了控制系统的结构和参数,采用时域分析法或频域分析法,通过计算或作图求的系统可以实现的性能。系统的综合与校正系统除了稳定外，还必须按照给定的性能指标进行工作。若系统不能全面的满足所要求的性能指标，则要对原系统增加一些必要的环节，使系统能够全面满足所要求的性能指标。从逻辑上讲，系统的综合与校正是系统分析的逆问题。第8章控制系统的综合与校正2021/10/428.1控

2、制系统校正的基本概念8.1.1控制系统校正与校正装置控制器原系统原系统控制对象校正装置校正系统系统的综合与校正示意一般概念系统模型性能指标时域法复域法频域法分析设计控制系统分析与设计关系2021/10/438.1.1控制系统校正与校正装置常用的校正装置无源校正网络超前校正串联校正滞后超前滞后校正有源校正网络前馈校正反馈校正2021/10/44时域性能指标频域性能指标瞬态性能指标8.1.2控制系统的性能指标调整时间：最大超调量：峰值时间：上升时间：稳态性能指标稳态误差：谐振频率：相位稳定欲度：谐振峰值：剪切频率：幅值稳定欲度：2021/10/45相位裕度γ与阻尼比ξ的关

3、系8.1.2控制系统的性能指标2021/10/468.1.2控制系统的性能指标谐振频率ωr、谐振峰值Mr与阻尼比ξ的关系谐振频率：谐振峰值：2021/10/478.1.2控制系统的性能指标闭环带宽ωb与阻尼比ξ的关系剪切频率ωc与闭环带宽ωb的关系2021/10/488.1.2控制系统的性能指标采用如下经验公式进行估计:高阶系统频域性能指标与时域性能指标之间的关系其中,2021/10/498.1.3校正方式串联校正校正装置一般接在系统的前向通道中。校正装置传递函数串联校正可分为：增益调整、相位超前校正、相位滞后校正和相位滞后超前校正。2021/10/4108.1.3校

4、正方式反馈校正校正装置反并接在前向通道中的一个或几个环节两端，形成局部反馈回路。校正装置传递函数校正装置传递函数2021/10/4118.1.3校正方式复合校正校正装置传递函数反馈控制回路中，加入前馈校正通路。校正装置传递函数2021/10/412校正方式选择的原则反馈校正是由高能量向低能量部位传递信号，校正装置本身不需要放大元件，因此需要的元件较少。从反馈控制的原理出发，反馈校正可以消除校正回路中元件参数的变化对系统性能的影响。因此，若原系统随着工作条件的变化，它的某些参数变化较大时，采用反馈校正效果会更好些。原系统物理结构，信号是否便于取出和加入，信号的性质，系统

5、中各点功率的大小，可供选用的元件，设计者的经验等。8.1控制系统校正的基本概念串联校正通常由低能量向高能量部位传递信号，加上校正装置本身的能量损耗，必须进行能量补偿。因此，串联校正装置通常由有源网络或元件构成，即其中需要有放大元件。2021/10/4138.2校正装置及其特性8.2.1超前校正装置特性为了不影响系统稳态精度，就必须将系统中放大器的放大倍数提高1/a倍。这样，校正环节的传递函数为2021/10/414对应的频率特性相位超前校正8.2.1超前校正装置相频特性幅频特性2021/10/4158.2.1超前校正装置相位超前校正相频特性此环节能提供的最大相位超前量

6、2021/10/416无源超前网络的伯德图8.2.1超前校正装置2021/10/4178.2.1超前校正装置相位超前环节的相频特性是∠Gc(jω)>0,如果把它作为校正环节串联在主通道上，能使系统的相位稳定裕度增大。超前校正对系统的影响增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角，从而提高了系统的相角裕度；减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率；从而提高了系统的稳定性；提高了系统的频带宽度，从而提高了系统的响应速度；不影响系统的稳态性能。但若原系统不稳定或稳定裕量很小且开环相频特性曲线在幅值穿越频率附近有较大的负斜率时，不宜采用相位超前校正，因为随着幅值穿越频率的增加，原

7、系统负相角增加的速度将超过超前校正装置正相角增加的速度，超前网络就起不到补偿滞后相角的作用了。2021/10/4188.2.2滞后校正装置特性传递函数2021/10/4198.2.2滞后校正装置频率特性最大滞后相角相位滞后环节的频率特性2021/10/4208.2.2滞后校正装置无源滞后装置的伯德图2021/10/4218.2.2滞后校正装置滞后网络特点：相角滞后，幅值衰减在处10dec后相角最大损失为-6º实质：利用滞后网络幅值衰减特性挖掘系统自身的相角储备。滞后校正对系统的影响在保持系统开环放大系数不变的情况下，减小剪切频率，从而增加了相角裕度，