自动控制系统的校正ppt课件.ppt

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1、第6章控制系统的校正及综合6．1控制系统校正的一般概念6.1.1校正的概念时域分析法根轨迹分析法频率特性法控制系统的基本要求:控制系统分析方法:稳定快速trtstmωd准确动态δ%；稳态ε(∞)一、基本的闭环控制系统的构成放大器执行器测量元件Xr(s)Xc(s)被控对象一般除放大器的增益可调外，其余部分是固定不变的（称为系统的不可变部分）。通常仅靠改变放大器的增益是不可能同时满足对系统提出的各项性能指标要求的，这就需要在系统中引进一些附加装置来改变整个系统的特性以满足对性能指标的要求。二、控制系统的校正把为改善系统静动态性能而引入的

2、装置称为校正装置，即控制器。校正装置的结构形式的确定和参数整定的过程称为控制系统的校正，也就是通常所说的控制系统的综合问题。校正系统的任务就是确定满足性能指标要求的校正装置的结构形式及参数。校正系统的方法有时域法、根轨迹法和频率法三、校正的方法时域法：通过改变校正装置，计算时域指标，直到指标满足要求为止。根轨迹法：就是通过引入校正装置改变系统的开环零极点的分布，进而改变系统的闭环根轨迹，即闭环特征根的位置，实现闭环极点的按期望位置的配置。频率特性法：就是通过校正装置来改变系统开环频率特性的形状，进而达到改善系统的动静态品质的目的。本

3、章主要讨论频率法对线性定常单输入/单输出系统校正的基本步骤和方法。6.1.2校正的基本方式1．串联校正校正装置放在前向通道的前端，与系统的不可变部分直接串联连接，如图。XC(s)Xr(s)串联校正为反馈校正装置的传递函数。图中，为系统不可变部为校正装置的传递函数；为反馈通道的传递函数。分的传递函数；串联校正串联超前校正串联迟后校正串联迟后—超前校正2．反馈校正校正装置放在反馈通道里，它包围系统不可变部分的全部或其中一部分，如图。反馈校正XC(s)Xr(s)图中，通过适当选择反馈校正装置的结构形式和参数，可使校正后的性能主要取决于校正

4、装置而与反馈校正装置所包围的系统不可变部分特性无关。所以其显著优点就是可以抑制系统的参数波动及非线性特性对系统的影响。XC(s)Xr(s)N(s)按扰动作用的前馈校正XC(s)Xr(s)按给定作用的前馈校正3．前馈校正前馈校正就是基于开环补偿的方法引入与给定量或与扰动量有关的补偿校正信号，目的在于提高系统的稳态控制精度。如图。前馈校正一般不单独使用，要与闭环控制结合构成复合控制系统，所以结构较复杂，应用于对性能要求较高的系统。4．频率法校正的特点频率法校正的实质就是修改频率特性的形状，使其具有合适的低频、中频和高频特性。在初步设计时

5、，常常用伯德图来校正系统。频率法校正依据频域指标如：相位裕量γ(ωc)、增益裕量GM、闭环谐振峰值MP和频带宽度ωb等。-1-2-1-2频率法校正是一种间接方法，也是一种试探法。根据频域指标与时域指标之间的关系，把对系统控制性能的要求转换成对频率特性的要求如下：（1）低频跟随性能好。即开环对数频率特性低频段斜率足够大，增益足够高。（2）中频段有足够的相位裕量。一般以-20dB/十倍频的斜率过0dB线，而且有一定宽度。（3）高频段有快速衰减特性。以提高系统抗高频干扰能力。根据对频率特性的要求，需要校正的系统类型有以下三种基本类型：（1

6、）系统稳定，暂态性能满足要求，但稳态误差较大，如图。-10校正方法：提高低频增益以减小稳态误差。（1）（2）系统稳定，稳态误差满足要求，但暂态性能较差，如图。校正方法：改变中高频特性，同时保持低频不变。-1-2-10（2）-1-2-1-2-10（3）（3）系统稳态和暂态均不满足要求，如图。校正方法：增加低频增益减小稳态误差，同时改变中高频特性增加相位裕量，改善暂态特性。6．2串联校正6.2.1串联超前校正超前校正一般是用来改善系统的暂态特性但不影响其稳态精度的一种校正方法。1．超前校正装置的特性无源超前校正装置的电路图如图。ucR1

7、R2C1ur其传递函数为其中：；其频率特性表达式为（1）幅相频率特性ω=0ω=+∞01jQ(ω)1/βωmaxφmaxP(ω)可以证明，下式成立：说明当ω从0变化到∞时，其幅相频率特性为一半圆，圆心在，半径为，如图。（2）对数频率特性以为参变量绘制伯德图如图。其放大系数为，交接频率为：，。相频特性表达式为超前校正电路具有幅值衰减特性。，具有超前特性，相频特性所以称为超前校正。相角位移最大时的频率可通过求极值的方法计算出：解得：即：，在伯德图上，在和两个交接频率的几何中点上。最大相角位移为：结论：①其放大系数为，所以，把它串联在系统中

8、对的增大，幅值在减小，相角位系统有衰减作用。而且随移在增大。②相角位移存在最大值：。③在伯德图上，最大相角位移发生在两个交接频率的几何中点上，即满足：。④校正时需确定两个参数：和T。由于超前校正电路的不要取的过大，一般取～20之间。幅