机械控制 第7章：系统的性能指标与校正课件.ppt

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1、第七章系统的性能指标与校正7.1系统的性能指标7.2系统的校正7.3串联校正7.4PID校正7.5反馈校正7.6顺馈校正（顺馈补偿）7.1系统的性能指标（前提：系统必须是稳定的）时域性能指标1瞬态性能指标xo(t)ttrtpts1）上升时间tr2）峰值时间tP3）调整时间ts4）延迟时间td5）最大超调量MP%--系统平稳性指标稳态性能指标稳态误差eSS----系统准确性指标系统快速性指标二频域性能指标1相位裕度2幅值裕度Kg系统相对稳定性指标复现频率m及复现带宽0~m谐振频率r及谐振峰值MrMr↑→ξ↓→系统的平稳性↓r↓→ξ↑

2、→系统的快速性↓5截止频率b及截止带宽0~bb↑→系统的快速性↑7.2系统的校正一校正的概念指在系统中增加新的环节，以改善系统的性能的方法解：I型系统，系统增益为K=1/5则稳态误差为：为提高系统的准确性，加入比例环节Gc(s)=10系统的传递函数变为：则系统的稳态误差变为：ess=0.5不稳定系统ReIm(-1,j0)使系统稳定的方法：1、将开环增益减小只要K<6系统稳定但K值减小将使系统的稳态误差增大2、在原有系统中增加新的环节从频率法的观点看：增加新的环节，主要是改变系统的频率特性二、由开环频率特性估算闭环系统的性能L()

3、c低频段中频段高频段1、低频段幅频对数图在第一个转折频率以前的区段低频段决定系统的准确性即幅值越大系统的稳态误差越小2、中频段幅频对数图在穿越频率c附近的区段穿越频率越大，调整时间越短，系统的快速性越好1）从系统的稳定性和快速性出发，希望中频段为-20dB/dec的斜线2）当中频段的斜率为-40dB/dec，则所占频率不宜过宽，否则稳定性变坏，调整时间增长。3）当中频段斜率高于-40dB/dec，系统的稳定性难以稳定3、高频段中频段以后(>10c)的区段高频段的斜率越大，系统的抗干扰能力越强加入校正环节后，应使开环传递函数的BODE图

4、满足：1）低频段的增益充分大，以保证稳态误差的要求2）中频段使对数幅频特性的斜率等于-20dB/dec,并占据充分宽的频带，以保证系统具有适当的相位裕量3）高频段的增益应尽快减小，以便使噪声影响减到最小三、校正的分类1、串联校正Gc(s)G(s)H(s)Xi(s)Xo(s)2、并联校正（反馈校正）Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G1(s)G3(s)3、复合（前馈、顺馈）校正Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)N(s)Xi(s)H(s)Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)H(s)校正方式取决于系统中信号的性质

5、、技术方便程度、可供选择的元件、其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）、经济性等诸因素。一般串联校正设计较简单，也较容易对信号进行各种必要的变换，但需注意负载效应的影响。反馈校正可消除系统原有部分参数对系统性能的影响，所需元件数也往往较少。性能指标要求较高的系统，往往需同时采用串、并联校正方式。7.3串联校正一、相位超前校正1、校正原理Cui(t)uo(t)R1R2∵<1∴∠Gc(j)>0为相位超前校正系统Nyquist轨迹：ReIm1=0=∞m最大超前相位频率最大超前相位↓→m↑↓→幅值↓1ImRe1m12mm

6、Bode图：L()20lg2、采用Bode图进行相位超前校正例：已知单位反馈系统的开环传函要求在单位速度输入时系统的稳态误差ess=0.05，相位裕度≥50o,增益裕度Kg≥10dB1）根据稳态误差确定K2）作系统的开环传递函数Bode图相位裕度=17增益裕度Kg=∞系统是稳定的。但相对稳定性不合要求相位裕度差：50-17=33o()L()121020400-90-180=17o3）增加校正环节∵相位不足∴增加一个相位超前校正环节考虑相位超前时，幅频图会在坐标轴上右移，相位超前要加5o左右相位超前量：m=50-17+5

7、=38最大超前相位角对应的幅值为：=6.2dB（此时的增益为1）校正后的剪切频率c=9s-1()L()121020400-90-1809-6.2dB=17o由c=m∴T=0.23(s)T=0.055(s)相位超前校正环节的传递函数为系统的开环传函为1210()L()121020400-90-1809-40dB/dec-20dB/dec相位超前校正的作用：提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，改善了系统的动态特性2基本不影响系统的稳态性能二、相位滞后校正1、校正原理及其频率特性uiuoR1R2c∵>1∴∠

8、Gc(j)<0为相位滞后校正系统ReIm1m最大滞后相位频率最大滞后相位相位滞后校正环节为低通滤波器L()()mm-20lg00-90o2、串联相位滞后校正的