潘丰 徐颖秦 06 控制系统的设计与校正1.ppt

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1、§6.1基本概念和方法控制系统运行规律性能指标控制系统组成结构元件参数系统分析系统综合校正与设计时域法、根轨迹法、频域法1.系统校正的基本含义校正：就是在系统中加入一些补偿装置（其参数可以根据需要调节），从而改变系统结构，使之满足工程要求的各项性能指标。工程实践中常用的校正方法有：串联校正、反馈校正和复合校正（误差补偿）。控制系统的固有部分，其特性为已知2.系统校正常用的性能指标：稳态指标：稳态误差ess；或误差系数：Kp，Kv，Ka时域指标：tr，tp，ts；σ%频域指标：开环指标：ωc，ωx；γ，h本章主要学

2、习串联校正方法及串联校正装置的设计。快速性稳定性闭环指标：ωr，ωb；Mr，M(0)快速性稳定性经验取值43.校正装置的设计方法分析法（频率法）综合法（工程法、期望特性法）系统的固有特性选择一种校正装置分析和经验验证性能指标选择参数系统的固有特性期望开环系统特性系统的性能指标校正装置的结构确定校正装置的参数试凑不唯一4.常用的校正装置无源RC电路网络特点：电路接线简单，学习方便；但有负载效应，接入主系统时需增设隔离放大器。有源运算放大器+RC双端口电路网络特点：无负载效应，且有增益放大作用，能提高系统的带负载能力

3、，接入系统时无需隔离放大器；但电路接线复杂。校正的目标使系统中、低频段满足要求，高频段可通过其它途径改善。低频段：ω＜＜ωc，对应系统的稳态性能。要求有一定的斜率和高度，以保证稳态精度。一般取斜率为-20dB/dec或-40dB/dec，即校正成Ⅰ或Ⅱ型系统。中频段：ωc附近对应系统的动态快速性和稳定性。一般要求ωc应适当大一些，以提高系统的响应速度；ωｃ处的斜率为－20dB/dec，中频宽度h=ω2/ω1=10~20，以满足系统的稳定性γ。高频段：ω＞＞ωc，对应系统的抗干扰能力。一般高频段的斜率取-60dB/

4、dec或-40dB/dec，以使高频干扰信号受到有效的抑制。a)增加低频增益b)改善中频段斜率c)兼有两种补偿7则：校正后G(s)=G0(s)Gc(s)L(ω)=L0(ω)+Lc(ω)Φ(ω)=Φ0(ω)+Φc(ω)校正装置Lc(ω)=L(ω)-L0(ω)校正装置传函Gc(s)对应于指标要求的期望频率特性校正前固有的频率特性Gc(s)R(s)E(s)C(s)G0(s)校正前校正装置校正装置传函及Bode图：两种形式§6.2串联超前校正6.2.1校正原理及特点：6.串联校正的类型：根据串联校正装置的特点分三种超前校

5、正：φc（ω）＞0°，幅频Bode图高频段幅值抬高。滞后校正：φc（ω）＜0°，幅频Bode图高频段幅值衰减。滞后-超前校正：低频段φc（ω）＜0°，滞后高频段φc（ω）＞0°，超前91/αT1/T1/αT1/T20201/τ1/τ90°90°Φmωm20lgα10lgαα称为分度系数Bode图的特点：φc(ω)＞0°，幅频Bode图整体趋势向上。10校正装置的特点：对于（a）图，可得到一最大的正相移φm，此时作用：（1）在ω的整个变化范围内，始终具有正相移。（2）高频段幅值抬高。，但抗干扰能力↓。（3）一般装设

6、在系统中频段，用于改善系统动态性能。γ↑ωc↑可抬高的位移可产生的最大正相移可见，只与α有关，且α越大，φm越大，即超前作用越强。在实际使用中为同时抑制干扰以及工程的可实现性，通常取。11校正作用说明：L0(ω)L(ω)ωcωc′-20-40-20-40Lc(ω)20L(ω)/dBω(rad/s)L(ω)=L0(ω)+Lc(ω)在ωc′=ωm处有：Lc(ωm)=-L0(ωm)=10lgα超前校正装置的设计校正的目的利用超前校正装置具有幅值抬高和正相移的特性改善系统的动态快速性和稳定性的。设计的原则通过选择校正装置

7、的参数α和T，使校正后系统的截止频率处于校正装置两个转折频率的几何中点，即ωc′=ωm，这样可提高系统中频段的高度，增大系统的截止频率，提高相位裕度，从而达到改善系统暂态性能的目的。校正装置的设计的步骤P169-170一般如果，则可选用串联超前校正。【例6.1】设单位反馈系统开环传函为，试设计一串联超前校正装置，使校正后系统的性能指标满足：根据已知的γ取：串联超前校正的特点（优点及使用场所）见P171-172。§6.3串联滞后校正：φc（ω）＜0°，幅频Bode高频段下降。传函及Bode图：两种形式1/T1/βT

8、1/T1/βT-20-201/τ1/τ-90°-90°L(ω)L(ω)可衰减的最大位移：17校正作用说明：L0(ω)L(ω)ωcωc0-20-40Lc(ω)L(ω)/dBω(rad/s)L(ω)=L0(ω)+Lc(ω)-20dB/dec-40-20dB/dec-40dB/decL′(ω)特点：（1）在ω的整个变化范围内，始终具有负相移。（2）高频段幅值衰减。应躲过。用于产