第6章 控制系统的校正与设计ppt课件.ppt

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1、自动控制原理教学课件2009年淮南师范学院校级精品课程电气信息工程系自动控制原理课程教学组第6章线性系统的校正方法第6章线性系统的校正方法主要内容：6-1系统的设计与校正问题6-2基常用校正装置及其特性6-3串联校正6-4反馈校正6-5复合校正6-6用MATLAB进行控制系统的校正系统校正的概念：在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特征发生变化，从而满足给定的各项性能指标。常用的校正方法：串联校正反馈校正复合校正6-1系统的设计与校正问题控制系统——由为完成给定任务而设置的一系列元件组成，其中可分成被控

2、对象与控制器两大部分。综合与校正问题：当将选定的控制器与被控对象组成控制系统后，如果不能全面满足设计要求的性能指标时，在已选定的系统不可变部分基础上，再增加些必要的元件，使重新组合起来的控制系统能够全面满足设计要求的性能指标。控制系统的校正元件：使系统的控制性能满足设计要求的性能指标而有目的地增添的元件。控制系统校正的作用：使原系统在性能指标方面缺陷得到补偿。系统的校正方案：校正元件的形式及其在系统中的位置，以及它和系统不可变部分的联接方式。1.性能指标对控制系统进行校正设计时，需要对了解系统的全部性能指标。系统的性能指标通常是由使用单

3、位或被控对象的设计制造单位提出的。不同的控制系统对性能指标的要求就有不同的侧重。实际系统的性能指标以组成元部件的固有误差、非线性特性、能源的功率以及机械强度等各种物理条件的制约。在控制系统设计中，采用的设计方法一般依据控制系统的性能指标的形式而定。若性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等时域特征量给出时，一般采用时域法校正。若性能指标以系统的相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、静态误差系数等频域特征量给出时，一般采用频率法校正。工程技术界多采用频率法，通过近似公式将时域指标转换成频域指标。2.系统带宽

4、的确定性能指标中的带宽频率的要求是一项重要的技术指标，它关系到采用哪种校正方式都要求校正后的系统既能以所需精度跟踪输入信号，又能抑制噪声扰动信号。从系统准确跟踪输入信号角度要求系统具有较大的带宽；从抑制噪声角度又要求系统带宽不能过大。通常，好的系统其相角裕度具有45°左右的数值，且开环对数幅频特性在中频区的斜率应为了-20dB/dec，并要求中频区占据一定的频率范围。过此中频区后，要求系统幅频特性迅速下降以削弱噪声对系统的影响。如P245图6-1所示。3.校正方式按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联校正、反馈校正、

5、前馈校正、复合校正等四种。串联校正——校正元件与系统不可变部分串接，如图6-1所示，与分别为不可变部分及校正元件的传递函数。图6-1串联校正系统方框图反馈校正——从系统的某个元件输出取得反馈信号，构成反馈回路，并在反馈回路内设置传递函数为的校正元件的校正形式。图6-2反馈校正系统方框图反馈校正作用：能达到与串联校正同样的校正效果，还可减弱系统不可变部分的参数漂移对系统性能的影响。复合控制校正——把前馈控制和反馈控制有机结合起来的校正方法。复合校正中的前馈装置：扰动补偿输入补偿按扰动补偿的复合控制系统如图6-3所示。图6-3按扰动补偿的复

6、合控制系统按给定补偿的复合控制系统如图6-4所示。图6-4按给定补偿的复合控制系统控制系统的综合与校正问题和分析问题既有联系又有差异：分析问题——在已知控制系统的结构形式及其全部参数的基础上，求取系统的各项性能指标，以及这些性能指标与系统参数间的关系。综合与校正问题——在给定系统不可变部分基础上，按控制系统应有的性能指标，寻求全面满足性能指标的校正方案，并合理确定校正元件的参数。(1)比例（P）控制规律P控制器——具有比例控制规律的控制器。图6-5为P控制器方框图。图6-5P控制器方框图4.基本控制规律(2)比例加微分（PD）控制规律P

7、D控制器——具有比例加微分控制规律的控制器。PD控制器的方框图如图6-6所示。图6-6PD控制器方框图图6-7所示为PD控制器对于匀速信号的响应过程中微分控制规律相对比例控制规律所具有的预见性。图6-7微分控制规律的预见性例6.1：设具有PD控制器的控制系统方框图如图6-8所示。试分析比例加微分控制规律对该系统性能的影响。图6-8控制系统方框图解：无PD控制器时，给定系统的特征方程为从特征方程看出，该系统的阻尼比等于零。其输出信号具有不衰减的等幅振荡形式，系统处于临界稳定，即实际上的不稳定状态。加入PD控制器后，从图6-6求得给定系统的

8、特征方程为这时的阻尼比，因此闭环系统是稳定的。这是因为PD控制器的加入提高了给定系统的阻尼程度，使特征方程s项系数由零提高到大于零的，而且给定系统的阻尼程度可通过PD控制器的参数及来调整。(3)积分（I）控