自动控制原理第六.ppt

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1、6-1、系统的设计和校正问题本章讨论控制系统的设计方法,主要是在系统中加入一些机构和装置，使系统满足设计要求。主要讨论频率法校正和复合校正。一、校正的作用举例：研究下述例子，可知校正的基本原理。设单位反馈系统的开环传递函数为：要求控制该过程在单位斜坡输入时，系统的稳态误差不超过1%。解：由稳态误差要求，可得K必须大于100：另一方面，利用Routh判据，其闭环特征方程为:Routh表可知系统稳定的条件是0

2、曲线包围了（-1，j0）点，闭环系统不稳定，假定我们希望得到Mr=1.25的谐振峰值，就必须使G(jω)与Mr=1.25的等M圆相切。若K是唯一可调参数，则K的期望值就是1，但此时稳定误差又不合要求。再作近一步分析：系统的稳态误差（静态特性）取决于ω→0时的G(jω)特性，即低频段特性；而系统的阻尼比等瞬态特性取决于相对较高频段的特性，即中、高频段特性。因此，要作如下改变：校正后的轨迹，将在较高的频率点与M=1.25相切，以满足瞬态性能的要求；同时零频增益仍维持在K=100，以满足稳态性能的要求。要达到这个目的，有两种手段：(

3、1)、从K=100的轨迹低频段出发，改变谐振频率附近区域的G(jω)轨迹，使其高频部分沿K=1轨迹。(2)、从K=1的轨迹高频段出发，改变G(jω)的低频段部分，以得到Kv=100的速度误差系数。第一种方法，G(s)的高频部分要逆时针方向旋转，这说明在适当的频段范围内给G(jω)增加了较多的正相角。这种方法称相角超前校正。第二种方法显然按顺时针方向转动了K=1的G(jω)的低频段，或者也可以视为减小了K=100的G(jω)在高频范围内的幅值。这种方法称相位滞后校正。可以用Bode图进一步说明上述设计原理：0.010.11101

4、00100020406080-900-1800-2700K=100时的增益裕量(不稳定)K=100时的相角裕量(不稳定)新幅值裕量新相角裕量K=1时的增益裕量K=1时的相角裕量-40dB/dec超前校正滞后校正二性能指标：性能指标要根据需要和可能，不应比完成给定的指标高出许多。从频域校正的角度来看，在保证系统稳定（且有一定的稳定裕度）的条件下，关键要确定系统闭环频率特性的穿越频率和谐振峰等参数。谐振峰超调量调节时间其中三、频率校正的几项原则输入信号一般为低频信号，而噪声信号一般为高频信号。如下图：1、要准确迅速复现输入信号,抑

5、制噪声，显然以如上图的闭环频率特性为最好，其中：带宽一般取ωb=(5~10)ωM，而，使ωn(ωn1，ωn2)排除在外。四、校正方式2、开环对数相频特性，相角裕量最好为300~700。为此，在中频区（在0dB线上30dB，下15dB的频段），斜率为-20dB/dec，高频去应迅速衰减。3、开环传递函数在ω→0时，幅值愈大，系统的稳态性能愈好。1、串联校正串联校正校正比较简单，易于对信号进行各种形式的变换，一般安置在前向通道中能量较底的部位。2、反馈校正反馈校正信号从高功率点向低功率点传递，一般不需附加放大器，还可以抑制参数波

6、动，非线性因素对系统性能的影响。3、前馈校正将输入信号作变换，改善系统性能。前馈校正作用于输入信号：前馈校正作用于扰动信号：对扰动信号测量，变换后送入系统，抵消扰动的影响。4、复合校正按扰动补偿（包括前馈校正也包括反馈）。按输入补偿：五、基本调节器（控制规律）1、比例（P—Proportion）控制规律只变幅值，不变相位，一般不单独使用。2、比例—微分（PD—ProportionandDifferential）控制规律2、比例—微分（PD—ProportionandDifferential）其中：为比例系数，为微分时间常数。P

7、D控制能反应输入信号的变化趋势，产生早期的有效控制信号，增加阻尼程度，改善稳定性。a、串联PD校正相当于在开环系统中增加一个-1/τ的零点，使相角裕度提高，有利于增加阻尼，改善稳定性。b、微分控制部分仅对动态过程有作用，对稳态无影响。纯积分环节对噪声敏感（噪声一般幅值较小，变化很大），不宜单独使用。3、积分（I—Integral）控制规律积分控制规律在e(t)为0后可维持变化后的常量，对稳态性能有利。相当于在原点处加了一个极点，引入900相位迟后，对系统稳定性不利，一般也不单独使用。4、比例—积分（PI—Proportiona

8、ndIntegral）控制规律比例积分环节用于串联校正时，在原点处加了一个极点，同时也在-1/Ti处加了一个零点，这样可以提高系统的型次，改善稳态性能，只要Ti足够大，可以克服纯积分环节带来的相位迟后对系统稳定性的不利影响。PI控制器主要用于改善系统稳态性能。例6-2、控制系