《控制系统的设计》PPT课件.ppt

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1、第6章控制系统的设计6.1引言6.2系统校正的根轨迹法6.3系统校正的频率响应法6.4反馈校正16.1引言控制系统的分析是研究给定系统的动态和稳态特性。控制系统的设计是根据生产工艺的要求设计一个系统，使其各项性能指标满足预期的要求。控制系统的设计可分为两种方式（1）预先给出设计指标，需要确定控制形式与满足预定指标的控制器，称为系统综合；（2）给出已有基本结构的控制系统的期望性能指标，需要确定增加某种控制器，修正或校正控制系统的特性，称为系统校正。26.1引言设计要求控制系统的设计一般包括以下三步：(1)确定系统应该做什么以及应该怎么做(设计要求)。(2)根据控制器或校正装置在控

2、制系统中的连接方式，确定其结构配置。(3)确定性能指标控制器的参数使得系统达到设计目标。36.1引言性能指标时域性能指标(1)稳态指标无静差度(系统型别)，跟踪典型输入时的稳态误差以及误差系数。(2)动态指标主要指过渡过程时间和超调量。频域性能指标(1)开环频域指标截止频率，相位裕量和增益裕量。(2)闭环频域指标闭环谐振峰值，谐振角频率及频带宽。46.1引言校正方式串联校正反馈校正图6.1串联校正和反馈校正5第6章控制系统的设计6.1引言6.2系统校正的根轨迹法6.3系统校正的频率响应法6.4反馈校正66.2系统校正的根轨迹法根轨迹法是一种直观的图解方法根轨迹法显示系统某一参数

3、(通常为开环放大系数)从零变化到无穷时，如何根据开环零极点的位置确定全部闭环极点的位置。在调整开环放大系数仍不能获得所希望的性能时，可采用根轨迹校正根轨迹法校正的作用是为了改变系统的根轨迹（1）超前校正在开环系统中增加零点，可以使根轨迹向左方移动，从而增加系统的相对稳定性，减小系统响应的调节时间。增加零点相当于对系统增加微分控制，在系统中引入超前量，加快瞬态响应。（2）滞后校正在开环系统中增加极点，可以使根轨迹向右方移动，从而降低系统的相对稳定性，增加系统响应的调节时间。76.2系统校正的根轨迹法根轨迹校正的一般步骤：(1)根据给定的动态性能指标确定主导极点位置。(2)绘制未校

4、正系统的根轨迹，若期望主导极点不在此根轨迹上，说明仅靠调整系统开环放大系数不能满足性能指标。需要增加适当的校正装置改造系统的根轨迹，使其通过期望的主导极点。(3)当校正后的根轨迹已通过期望的主导极点时，还需要检验相应的开环放大系数是否满足稳态性能要求。若不满足，可采用在原点附近增加开环偶极子的办法来调节开环放大系数，同时保持根轨迹通过期望的主导极点。86.2系统校正的根轨迹法超前校正例6.1设系统如图示要求设计一个串联校正环节，使校正后系统的超调量，调节时间秒，开环放大系数秒-1。解设计过程分以下几个步骤：(1)根据期望动态性能指标确定闭环主导极点的位置考虑超调量并留有余地，选

5、阻尼比。则主导极点如图6.3所示。考虑调节时间，可选择。主导极点为9超前校正(2)画出未校正系统的根轨迹图如图6.3中实线所示。由图可见，根轨迹不通过期望主导极点，因此不能通过调节开环放大系数来满足动态性能指标。图6.3例6.1用图10超前校正(3)引入串联超前校正为使系统根轨迹向左偏移，应在开环系统中加入零点。超前校正环节校正环节的参数确定如图6.3所示(4)检验稳态指标由幅值条件得开环放大系数满足稳态性能指标。11超前校正校正后系统的根轨迹图图6.4校正后系统的根轨迹图126.2系统校正的根轨迹法滞后校正例6.2设系统如图示要求闭环系统的主导极点参数为，速度误差系数秒-1。

6、解设计过程分以下几个步骤：(1)确定期望闭环主导极点作系统根轨迹如图6.7(a)，确定闭环主导极点，满足：，图6.7例6.2用图13滞后校正对应根轨迹增益为，因此系统的速度误差系数稳态性能指标不符合要求。(1)引入串联滞后校正环节滞后校正环节根据系统速度误差系数要求，应将系统开环放大系数提高10倍。所引入的校正环节应满足，校正环节确定为14滞后校正校正后系统的在原点附近的根轨迹如图6.7(b)所示引入开环偶极子的滞后校正对根轨迹不产生显著影响，既能保证系统瞬态特性又满足了稳态性能指标。图6.7例6.2用图15第6章控制系统的设计6.1引言6.2系统校正的根轨迹法6.3系统校正的

7、频率响应法6.4反馈校正166.3系统校正的频率响应法用频率法校正控制系统，主要是采用校正装置来改变波德图上频率特性形状，使其具有合适的高频、中频、低频特性和稳定裕量，以得到满意的闭环品质。由于波德图能比较直观的表示改变放大系数和其他参数对频率特性的影响，所以，在用频率法进行校正时，常常采用波德图方法。频域法是一种间接的方法，常以相位裕量和速度误差系数作为指标来校正系统176.3系统校正的频率响应法需要进行校正的几种基本类型图6.9需要校正的几种基本类型（a）增加低频增益（b）改变中频特性（