chap6 系统综合与校正.ppt

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1、控制原理机械自动化学院2008年10月16.1系统性能指标及其校正6.2串联校正（难点、重点）6.3反馈校正6.4顺馈校正6.系统的性能指标与校正本章主要学习内容：2本章教学要求：1.了解衡量系统性能的各种指标类型及特点2.了解对系统性能进行校正的各类校正方法3.了解串联校正的基本原理和基本类型4.熟练掌握超前校正、滞后校正装置的设计方法5.熟悉三种串联校正频域特性和适用场合36.1系统性能指标及其校正稳定是控制系统能正常工作的前提条件，但只有当系统的全面性能指标能符合工作要求时，才能说明系统一切正常。若系统的某一性能

2、指标不能符合工作要求，则需要对该系统的结构或（和）参数进行调整，以满足该项性能指标要求由此可知，设计一个控制系统的任务在于：分析计算系统的性能指标对系统进行校正，即对系统的结构或参数进行调整，以满足性能要求46.1系统性能指标及其校正6.1.1控制系统设计概述闭环控制系统的组成：被控对象、执行元件、测量元件、给定比较元件、放大控制元件执行元件执行控制信号,实现对被控对象的调节。受被控对象的功率要求和所需能源形式、工作条件限制，如伺服电动机、液压/气动伺服马达等测量元件用于检测系统输出,产生反馈信号。其依赖于被控制量的形

3、式,如电位器、热电偶、测速发电机以及各类传感器等给定比较元件产生指令信号,并与反馈信号比较产生偏差信号。取决于输入信号和反馈信号的形式,如电位计、旋转变压器、机械式差动装置等等放大控制元件对偏差信号进行运算,产生控制信号。由对系统的控制精度和执行元件的驱动要求进行配置.如电压放大器（或电流放大器）、功率放大器等等，放大元件的增益通常是可调的56.1系统性能指标及其校正6.1.1控制系统设计概述改变控制系统性能最简单的方法是调整增益L()()00180º1=0G(s)G(s)/Kc1c降低增益——相角裕

4、量增加稳态误差增加但大多数情况下，只调整增益不能使系统的性能得到充分的改变，以满足给定的性能指标66.1系统性能指标及其校正6.1.1控制系统设计概述控制系统的设计任务-----根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器以及控制规律设计一个满足给定性能指标要求的控制系统要使系统性能得到全面改善，应当对系统进行校正校正（补偿）-----通过改变系统结构，或在系统中增加附加装置对已有的系统（固有部分）进行再设计使之满足性能要求减小增益原系统校正后的系统控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置。76.1系统性能指标及其校正

5、6.1.2控制系统性能指标时域性能指标延迟时间td上升时间tr峰值时间tp最大超调量Mp调整时间ts指系统在单位阶跃输入下,其动态响应的一些特征参数，它包括五个指标:瞬态性能指标稳态性能指标指系统的稳态误差，它是指过渡过程结束后，希望输出量与实际输出量之间的差值，其与系统型次、信号类型有关，下图为同一系统的阶跃和斜坡响应：86.1系统性能指标及其校正6.1.2控制系统性能指标稳态性能指标指令信号系统输出96.1系统性能指标及其校正6.1.2控制系统性能指标频域性能指标-----衡量系统的频率响应质量，即系统在谐波输入信

6、号作用下，其输出的幅值和相位与输入信号频率之间的关系特性开环频域指标开环幅值穿越频率c相位裕度幅值裕度Kg系统开环穿越频率c可近似为系统的闭环频宽，是系统响应快速性的指标；而、Kg则是系统响应平稳性的指标闭环频域指标谐振频率r及谐振峰值Mr复现频率m及复现带宽0m截止频率b及带宽0b谐振峰值Mr是系统响应平稳性的量度；r、b是响应快速性的指标；复现频率m则是响应准确性的指标。106.1系统性能指标及其校正6.1.2控制系统性能指标综合性能指标-----通常是以误差的积分或求和的形式给出，是系

7、统性能的综合测度（包括动、静态误差）。通过使系统性能指标最小，可获得在一定条件下的最优或近似最优控制系统误差积分性能指标在无超调的情况下,误差e(t)=xor(t)-xo(t)是单调的，该指标的目的是使过渡过程时间尽可能短误差平方积分性能指标允许系统有超调(不会出现误差的正负抵消)重视大的误差.能迅速减小误差,但易产生振荡可通过对I求某个参数的导数,取得该参数的最优值116.1系统性能指标及其校正6.1.2控制系统性能指标广义误差平方积分性能指标式中a为给定的加权系数,反映了对误差变化速率的重视程度;该指标使误差e(t

8、)及其变化率都较小,使过渡过程快速、平稳结束可通过对I求某个参数的导数,求取该参数的最优值.12例设一阶系统时间常数为T，其单位阶跃响应为，求使最小的T值（值给定）6.1系统性能指标及其校正6.1.2控制系统性能指标136.1系统性能指标及其校正6.1.3控制系统校正的主要类型校正装置串联在控制系统的前向通道上，是系统的主要校