自动控制原理第六章ppt课件.ppt

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1、第六章自动控制系统的校正本章目录第一节控制系统校正的基本概念第二节常用校正装置及其特性第三节自动控制系统的频率法校正第四节串联校正装置的根轨迹设计方法第五节期望对数频率特性设计方法第六节并联校正装置的设计本章小结第一节控制系统校正的基本概念在前面各章节中，我们所讨论的各种方法都是对系统进行动态和静态性能指标的计算，并研究性能指标与参数之间的关系。这些均是在已知结构和参数的情况下对自动控制系统进行分析。与此相反，从系统的实际运行需要出发，提出各项性能指标，再根据控制对象合理选择控制方案及结构形式，计算参数和确定元器件，并通过仿真和实验调

2、试，建立起能满足以上要求的实际系统。以上过程可以归结为系统的设计。一般来说，系统设计比系统分析要更加复杂一些。这是因为：所提出的系统性能指标，往往可采用不同的控制方案来实现，即系统的设计方案不是唯一的。在进行结构和参数计算时，常常会出现相互矛盾的情况，从而导致设计复杂化。需要综合技术性、经济性、可靠性等各方面的问题。一、校正的基本概念如前所述，自动控制系统由执行器、被控对象、检测反馈和控制器组成的。通常，被控对象是已知的，而执行器和检测反馈则根据被控对象的特点、控制要求以及经济性、可靠性等选定的，这些设备可与被控对象组合成控制系统的固

3、有部分。一般情况下，控制系统固有部分的性能指标是很差的，必须引入附加装置对固有部分进行改造，才能使控制系统全面满足静态和动态性能要求。这些为保证控制系统达到预期的性能指标要求而有目的引入的附加装置称为控制系统的校正装置，如图6-05所示。根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器及控制规律设计一个满足给定性能指标的控制系统。校正或补偿通过改变系统结构或在系统中增加附加装置或元件对已有系统的固有部分进行再设计，并使之满足性能要求。这种附加装置就称为对系统的校正或补偿。自动控制系统的设计本质上就是寻找具有合适性能的校正装置。二、控制系统的

4、设计任务三、控制系统的性能指标稳态性能指标稳态精度或称为稳态误差ess动态性能指标（描述过渡过程响应特性）时域指标：上升时间tr超调量s%调节时间ts频域指标：截止频率wc相角裕度g相对稳定性增益裕量Lh、相位裕量扰动的抑制频率带宽wb四、校正方式校正装置就是为提高和改善系统的静态和动态性能而人为地引入到系统的附加控制部分。根据校正装置在自动控制系统中位置的不同，可分串联校正、反馈校正和复合校正三种基本形式。1.串联校正校正装置在前向通道上，并与系统被控对象等固有部分相串联，这种校正方式称之为串联校正，如图6-03所示。这种校正装置

5、的结构比较简单。2.反馈(并联)校正校正装置与系统固有部分的某个环节或环节组构成局部反馈回路，这种校正方式称之为反馈校正，如图6-04所示。3.复合校正复合校正是指在系统闭环回路之外采用的校正方法，可分为按输入补偿的顺馈校正和按扰动补偿前馈校正两种形式，如图6-06所示。串联校正的特点校正装置比较简单，容易对信号进行各种必要的运算。但需注意负载效应的影响。反馈校正的特点可使系统的性能得到改善，并抑制系统固有部分参数变化对系统性能的影响，减低非线性因素的影响。元件数也往往较少。复合校正的特点复合校正可极大的减小甚至消除系统的稳态误差，并

6、抑制几乎所有可测量的扰动。4.各种校正方式的特点五、校正方法系统校正的主要工作就是按照性能指标的要求选择合适的校正装置并确定其参数，即设计校正装置。常用的工程设计方法有以下三种：频率法校正根轨迹法校正时域法校正在以后章节中，我们将采用各种校正方法，对控制系统校正进行分析。1.频率法校正频率法的设计思路就是利用校正装置改变原系统频率特性的形状，使其具有合适的低频段、中频段和高频段特性，从而获得满意的动态和静态性能。频率法校正就是根据开环系统的波德图判断影响原有系统性能的因素，其频率特性曲线应如何改变，应当引入何种形式的校正装置，并通过作

7、图比较方便地求得校正装置的结构和参数。2.根轨迹法校正根轨迹法的设计思路是根据所要求的性能指标，确定出闭环系统的一对主导共轭复数极点，然后通过引入适当的校正装置，利用其零、极点去改变原系统固有部分的根轨迹形状，并迫使校正后系统的根轨迹通过所期望的主导极点的应有位置，以达到校正的目的。考虑到校正后的系统仍可能实际存在着闭环零点和非主导极点，它们对最终系统的性能会有所影响，故在选择主导极点的位置时应留有余地。3.时域法校正时域法校正实际上是根据系统的静态和动态性能指标，以及原系统固有部分结构和参数，大致确定出校正装置的形式和结构，并设置不

8、同的校正参数，应用计算机进行时域仿真，从而得到系统的时域响应过程，以此对系统作出评估，再对校正装置的结构和参数进行进一步的修正，反复多次，直至达到预期的性能目标。这种计算机辅助设计过程可以融入设计者的分析、判断、推理和决