自动控制原理-PID.ppt

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1、第六章线性系统的校正方法系统控制系统的性能分析系统建立数学模型微分方程传递函数动态结构图控制系统的误差分析稳、快、准时域分析频域分析根轨迹分析法改善系统整体性能频率特性差分方程+系统校正《自动控制原理》课程体系结构自动控制系统的概念、分类建立数学模型分析该模型（时域、频域）系统的设计和校正实际系统物理模型数学模型方法（系统组成分析、设计）第六章线性系统的校正方法导读为什么要介绍本章?初步设计出的系统一般来说是不满足性能指标要求的。一个很自然的想法就是在已有系统中加入一些参数和结构可以调整的装置，来改善系统特性。从

2、理论上来讲这是完全可以的，因为加入了校正装置就改变了系统的传递函数，也就改变了系统的动态特性。第六章线性系统的校正方法知识点一：自动控制系统的结构框图知识点二：自动控制系统的性能指标（时域、频域）知识点三：校正——校正的方法知识点四：校正的控制规律第六章线性系统的校正方法设计过程设计一个自动控制系统一般步骤：根据任务要求，选定控制对象性能指标要求，确定系统的控制规律设计出满足这个控制规律的控制器系统校正原系统控制器控制对象校正系统原系统校正装置第六章线性系统的校正方法知识点一：自动控制系统的结构框图定格到第一章第

3、六章线性系统的校正方法知识点二：性能指标（时域、频域）定格到第二、三、五章稳态误差ess动态指标上升时间tr、调节时间ts、峰值时间tp、超调量σ％、1.时域指标稳态指标“快”“准”“稳”第六章线性系统的校正方法知识点二：性能指标（时域、频域）定格到第二、三、五章开环频域指标，包括截止频率ωc、相位裕度γ和幅值裕度h。闭环频域指标，包括闭环谐振峰值Mr、谐振频率ωr和带宽频率ωb。2.频域指标“稳”“快”第六章线性系统的校正方法知识点三：校正——校正的方法串联校正反馈校正前馈校正复合校正校正装置在系统中的连接方式

4、第六章线性系统的校正方法知识点三：校正——校正的方法(1)串联校正：一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联接于系统前向通道之中。(2)反馈校正：从系统原有部分引出反馈信号,与原有部分或其一部分构成局部反馈回路,并在局部反馈回路内设置校正装置，这种校正方式称为反馈校正或并联校正。串联校正反馈校正第六章线性系统的校正方法知识点三：校正——校正的方法(3)前馈校正：又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用的校正方式。前溃校正装置分两种情况：其一，接在系统给定值之后及主反馈作用点之前的前向通道上，如图(a)；(a)

5、前馈校正（对给定值处理）其二，接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，如图(b)。第六章线性系统的校正方法知识点三：校正——校正的方法(b)前馈校正（对扰动的补偿）第六章线性系统的校正方法知识点三：校正——校正的方法(4)复合校正：在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成有机整体。(a)按扰动补偿的复合控制方式(b)按输入补偿的复合控制第六章线性系统的校正方法知识点三：校正——校正的方法无源校正装置有源校正装置校正装置自身有无放大能力自身无放大能力，通常由RC网络组成。常由运算放大器和RC网络共同组成。知识点四：

6、校正的控制规律PID(ProportionalIntegralDerivative)比例积分微分微分还记得比例环节、积分环节、微分环节的传递函数吗？复习：比例环节微分方程传递函数比例系数KP=2的simulink模型图P(Proportional）环节优点输出不失真，不延迟，成比例地复现输入信号的变化。缺点偏差存在。成比例放大的不仅有输入信号，还有偏差信号。复习：比例环节实验二、典型环节simulink仿真知识点四：校正的控制规律1、P(Proportional）控制器微分方程传递函数P控制器示意图1、P(Pro

7、portional）控制器传递函数为:KP<1:对系统性能有着相反的影响。实施P控制律。相应的控制器称作P控制器，又叫比例控制器.Gc(s)=Kpγ'γφ0(ω)Φ(ω)ω-900-180ωcω’cL0(ω)L(ω)/dBω3-20020401L(ω)Lc(ω)G0(s)曲线如图KP>1:φc(ω)G0(s)幅频特性曲线上移相频特性曲线不变φ(ω)穿越频率↑，相位裕量↓，稳态误差↓。结论：随着Kp值的增加，系统的响应速度加快，但系统的超调量也随之增加，调节时间也随之增长，当Kp增大到一定值，系统不稳定。详见附件：

8、探究PID控制器对控制系统的影响—XQ知识点四：校正的控制规律1、P(Proportional）控制器特点：1、比例控制器实质上是一个放大器。2、比例控制器只改变信号的增益而不影响其相位；3、在串联校正中,加大控制器增益Kp，提高系统的控制精度（稳态误差↓）,但会降低系统的相对稳定性（相位裕量↓），甚至可能造成闭环系统不稳定。因此，在系统校正设计中,很少单独使用比例控制规