《控制系统校》PPT课件.ppt

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1、第四章控制系统校正与综合系统仿真集成环境Simulink第四章控制系统校正与综合1．超前校正装置-----校正装置的输出信号在相位上超前于输入信号，即校正装置具有正的相角特性。2．滞后校正装置-----校正装置的输出信号在相位上滞后于输入信号，即校正装置具有负的相角特性。3．滞后-超前校正装置-----校正装置在某一频率范围内具有负的相角特性。而在另一频率范围内具有正的相角特性。控制系统校正概述为使控制系统满足一定的性能指标，通常需要在控制系统增加一定的附加装置即校正装置。根据校正装置的特性可分为超前、滞后和

2、滞后-超前校正装置。第四章控制系统校正与综合1．串联校正------校正元件与系统的不可变部分串联起来。根据校正装置与被控对象的不同连接方式可分为串联校正、反馈（并联）校正、前馈校正等。串联校正和反馈（并联）校正是最常见的两种校正方式。它是基于频率响应法的校正。-GC(s)GO(s)H(s)R(s)C(S)GO(s)表示前向通道不可变部分的传递函数；H(s)表示反馈通道不可变部分的传递函数；GC(s)表示校正部分的传递函数。第四章控制系统校正与综合2.反馈校正-------从系统的某个元件输出取得反馈信号构成

3、反馈回路，并在反馈回路内设置传递函数为GC(s)的校正元件。这种方式称之为反馈校正。-G1(s)G2(s)H(s)R(s)C(S)Gc(s)-第四章控制系统校正与综合CR2uoR1ui2．串联校正串联校正有：超前校正、滞后校正和滞后-超前校正三种。超前校正环节可等效地由电阻电容构成的RC网络表示，其传递函数为：其中超前校正的极点s=-p=-1/（αT），零点s=-z=-1/T。由于α＜1，因此在s平面内极点位于零点的左侧。(1)．超前校正超前校正环节图；T=R1C；z=1/T；p=1/（αT）。第四章控制系统

4、校正与综合1.根据所要求的稳态性能指标确定系统的开环增益K；2.绘制满足由1）确定的值下的系统bode图，并求出系统的相角裕量φ0；3.确定为使相角裕量达到要求值所需增加的超前相角φc，即φc=φ-φ0+εφ为要求的相角裕量；调整补偿值ε=5°~15°时未校正系统的中频段的斜率为-40dB/dec；调整值ε=5°~20°时未校正系统的中频段的斜率为-60dB/dec。4.令超前校正网络的最大超前相角φm=φc，则由下式求出校正装置的参数α。应用频率法进行串联超前校正的步骤：5.在bode图上确定未校正系统幅值

5、为时的频率ωm作为校正后系统的开环剪切频率ωc，即ωm=ωc。6.由ωm确定校正装置的转折频率ω1和ω2。则超前校正装置的传递函数为：第四章控制系统校正与综合7.将系统的放大倍数增大1/a倍以补偿超前校正装置引起的衰减，即Kc=1/a。8.画出校正后系统的bode图，校正后开环传递函数为：Gs=Go（s）Gc（s）Kc9.检验系统的性能指标，若不满足要求可增大ε值，从步骤3）重新计算。例2：某控制系统固有部分传递函数G（s）如下：试分别设计串联校正装置K（s），满足下列要求：要求开环系数K≥100，相角裕量φ

6、m≥30°，截止角频率ω≥45rad/s；分析：因为给出的要求都是频率域的指标，所以用超前的串联校正比较合适。相角裕量是保证系统稳定性的，设计过程中一般要留出5°~12°的滞后量；截止角频率是控制系统通频带的指标，设计完成后一般要用阶跃响应验证。求解过程：(1)求解原系统的响应曲线，对照性能指标作分析校正前bode图:num=1;den1=[10];den2=[0.1,1];den3=[0.01,1];den=conv(den1,conv(den2,den3));bode(num,den)step(num,d

7、en)运行结果:第四章控制系统校正与综合求解过程：-190°2rad/s45rad/s85°5rad/s60°20rad/s校正前bode图运行结果:校正前响应曲线图分析:根据校正目标对照系统的bode图可以发现：对于目标，ω=45rad/s时系统的相角已经接近-190°，并且增益的值为负。因此在ω=45rad/s处补充50°的相角超前量使此处增益接近零。所以使用超前校正。考虑到系统开环增益的要求还应将系统的增益K乘以100。第四章控制系统校正与综合程序代码:gama=55;（需增加的超前相角裕量φc=φ-φ

8、0+ε）wc=50;（校正后系统截止角频率）a=(1+sin(gama*pi/180))/(1-sin(gama*pi/180))T=1/(wc*sqrt(a))num=[000100];K值numa=[a*T1]dena=[T1]校正装置传递函数分子分母行向量numao=conv(num,numa);校正后系统传递函数分子行向量denao=conv(den,dena);校正后系统传递函数分母行向量