第6章 控制系统的校正ppt课件.ppt

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1、第六章控制系统的校正Chapter6CompensationofControlSystems本章重点内容系统校正的目的、意义基本控制规律基本校正方法根轨迹法在系统校正中的应用被控制对象是已知的，性能指标是预先给定的，要求设计者选择控制器的结构和参数，使控制器与被控对象组成一个性能满足要求的系统。这类问题叫做系统的综合。可见，综合的目的就是在系统中引入合适的附加装置，使原有系统的缺点得到校正，从而满足一定的性能指标。引入的附加装置称为校正装置。所以系统的综合问题就是选择校正装置接入的位置以及它的结构和参数的问题。有时也

2、笼统地把系统的综合称为校正。6.1引言控制系统设计的目的，是将构成控制器的各元件与被控对象适当组合起来，使之满足表征控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要求。如果通过调整控制器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及特性可按需要改变的校正装置，使系统全面满足设计要求。在研究系统校正装置时，为了方便，将系统中除了校正装置以外的部分，包括被控对象及控制器的基本组成部分一起称为“固有部分”。因此控制系统的校正，就是按给定的固有部分和性能指标，设计校正装置。6.1.1受控对象将受控对象(con

3、trolledplant)和控制装置同时进行设计是比较合理的，这样能充分发挥控制的作用，往往能使受控对象获得特殊的、良好的技术性能，甚至能使复杂的受控对象得以改造而变得异常简单。然而，相当多的场合还是先给定受控对象，然后才进行系统设计。但无论如何，对受控对象要做到充分的了解是不容置疑的，要详细了解受控制对象的工作原理和特点:如哪些参量需要控制，哪些参量能够测量，可以通过哪几个机构进行调整，受控对象的工作环境和干扰如何等。还必须尽可能准确地掌握受控对象的动态数学模型，以及受控对象性能要求，这些都是系统设计的主要依据。6

4、.1.2性能指标性能指标通常是由使用单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应有不同的侧重。性能指标的提出，应符合实际系统的需要。一般来说，性能指标不应当比完成给定任务所需要的指标更高。作为控制系统的目标函数，如果性能指标以时域形式给出，一般用根轨迹法进行校正较为方便；如果性能指标以频域形式给出，通常宜用频率法进行校正。(1)稳态精度指标，包括静态位置误差系数Kp，静态速度误差系统Kv和静态加速度误差系数Ka。(2)稳定裕量指标。通常希望相角裕量，增益裕量Kg≥10dB，谐振峰值,超调量，阻

5、尼比。(3)响应速度，包括上升时间tr、调整时间ts、剪切频率、带宽BW、谐振频率等。(1)常用的时域指标包括超调量、调节时间ts、静态位置误差系数Kp、静态速度误差系数Kv、静态加速度误差系数Ka。(2)常用的频域性能指标包括峰值频率、频带、截止频率、稳定裕度γ和Kg。6.1.3系统带宽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。无论采用哪种校正方式，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。在控制系统实际运行中，输入信号一般是低频信号，而噪声信号则一般是高频信号。因此，合理选

6、择控制系统的带宽，在系统设计中是一个很重要的问题。通常，一个设计良好的实际运行系统，其相角裕量大约在45°～60°之间，过低于此值，系统的动态性能较差，且对参数变化的适应能力较弱；过高于此值，意味着对整个系统及其组成部件要求较高。要实现45°左右的相角裕量，开环对数幅频特性在中频区的斜率应为–20dB/dec，同时要求中频区占据一定的频率范围，以保证在系统参数变化时，相角裕量变化不大。过此中频区后，要求系统幅频特性迅速衰减，以削弱噪声对系统的影响，这是选择系统带宽应该考虑的一个方面。另一方面，进入系统输入端的信号，既

7、有输入信号，又有噪声信号。如果输入信号带宽为，噪声信号集中起作用的频带为，则控制系统的带宽频率通常取为且使处于()范围之外，6.1.4系统校正所谓校正，就是给系统附加一些具有某种典型环节特性的电网络、模拟运算部件及测量装置等，靠这些环节的配置来有效地改善整个系统的性能，借以达到要求指标。改善系统的性能有两种途径，一种是调整参数，另一种就是增加校正环节。按照校正环节在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为:串联校正(cascadecompensation)反馈校正(feedbackcompensation)前馈校正(

8、feedforwardcompensation)复合校正(compoundcompensation)串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联于系统前向通道之中；反馈校正装置接在系统局部反馈通路之中。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。前馈校正装置接在系统给定值(或指令、参考输入信号)之后及主反馈作用点之前