自动控制原理 教学课件 作者 王锁庭 李洪涛 主编第7章 自动控制系统校正与设计.ppt

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1、7.1系统校正的一般方法7.2频率法校正系统设计7.3控制系统的工程设计方法第7章自动控制系统的校正与设计7.1系统校正的一般方法7.1.1校正的基本概念当系统的性能指标不能满足控制要求时，通过给系统附加某些新的部件、环节，依靠这些部件、环节的配置来改善原系统的控制性能，从而使系统性能达到控制要求的过程。附加的部件、环节称为校正装置。（1）性能指标①时域指标②频域指标二阶系统，时域指标开环频域指标（2）校正系统的结构按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统的校正方式可以分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正等。①串联校正校正装置串联在系统前向通道中C(s)R(s

2、)Gc(s)GP(s)_串联校正装置控制对象常用的串联校正装置有超前校正装置滞后校正装置滞后—超前校正装置（2）校正系统的结构按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统的校正方式可以分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正等。①串联校正校正装置串联在系统前向通道中C(s)R(s)Gc(s)GP(s)_串联校正装置控制对象常用的串联校正装置有超前校正装置滞后校正装置滞后—超前校正装置R(s)G1(s)G2(s)_C(s)Gc(s)H(s)_②反馈校正校正装置接在系统局部反馈通道中反馈校正装置③前馈校正Gc2(s)Gc1(s)G1(s)G2(s)_参考输入+干扰输出校正

3、装置处于系统主反馈回路之外前馈校正装置对参考输入信号进行整理和滤波,校正装置接在系统参考输入信号之后、主反馈作用点之前的前向通道对扰动信号进行测量、转换后接入系统，形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道④复合校正同时采用串联校正、反馈校正和前馈校正中两种或三种7.1.2串联校正装置的结构、特性和功能uoR1uic+--+R2（1）超前校正装置①超前校正装置的结构令②超前校正装置的特性幅频特性和相频特性分别为L(ω)0ωωφ(ω)0φmωmT11αT1110lgα[+20]令超前校正装置的最大超前角具有超前的相频特性（几何中心）③超前校正装置的功能一般用在响应慢、相对

4、稳定性差、增益不太低的系统中，但通常不用于０型系统;具有正相移和正幅值斜率，因此通过超前校正装置可以改善原系统中频段的斜率，提供超前角以增加相位裕度，从而提高系统的快速性，并改善系统的稳定性。uoR1uic+--+R2(2)滞后校正装置①滞后校正装置的结构令则②滞后校正装置的特性幅频特性和相频特性分别为令（几何中心）超前校正装置的最大超前角0L(ω)ω20lgβω0ω2=T11ω1=βT11φmωm③滞后校正装置的功能一般用在稳态误差大但响应不太慢的系统中由于滞后校正装置具有负相移和负幅值斜率，因此通过滞后校正装置可以使原系统的幅值得以压缩。从而使得可以通过增大开环

5、增益的办法来提高原系统的稳态精度，同时也能提高系统的稳定裕度。降低了系统的快速性（3）滞后—超前校正装置①滞后—超前校正装置的结构c1uoR1ui+--+R2c2令R1C1=T1，R2C2=T2，设且则即滞后校正超前校正②滞后—超前校正装置的特性对数幅频特性曲线的低频部位具有负斜率、负相移，起滞后校正作用；高频部位具有正斜率、正相移，起超前校正作用。③滞后－超前校正装置的功能用在响应慢且稳态精度低的系统中0[-20][+20]T’210ωφ(ω)L(ω)/dBω1T11T21T’11、确立控制目标2、确定控制变量3、给定个变量控制要求（设计指标）4、确定系统结构、选

6、择执行机构5、建立对象、执行机构和传感器模型6、建立控制器模型，选择关键待调参数7、优化系统参数，分析系统性能性能满足设计要求，结束不满足7.2频域法校正系统设计7.2.1串联超前校正方法步骤：①根据ess要求，确定K；②利用已确定的K，计算未校正系统的相角裕度γ；结合性能指标要求的相角裕度γ’判断是否需要采用超前校正。若γ’<γ，则不适合采用超前校正。③根据性能指标要求的截止频率ωc’，计算超前校正装置的参数α和T1,5°~12°解出不是给定的，则④验算校正后的系统的相角裕度γ*。例7-1已知一单位负反馈系统的开环传递函数试设计一无源校正装置，使校正后系统的相角裕

7、度解①求γ令则可得因为,所以可以采用超前校正来改善系统性能。②求φm取Δ=10°③求α、T1超前校正装置为④验算γ*满足性能要求。校正后的系统开环传递函数例7-2已知一单位负反馈系统的开环传递函数试设计校正装置，使校正后系统在单位斜坡输入下解①求K因为系统是I型系统，所以故K取10即可满足稳态指标要求。所以原系统开环传递函数②求未校正系统的相角裕度γ令则可得因为,所以可以采用超前校正来改善系统性能。③求φm④求α⑤求ωm⑥求T1所以，超前校正装置⑦验算γ*故校正后7.2.2串联滞后校正方法步骤：①根据ess要求，确定K；②利用已确定的K，计算未校正系统的相角裕度