第6章控制系统的校正与设计ppt课件.ppt

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1、第6章控制系统的校正与设计6.1控制系统校正的概念6.2基本控制规律分析6.3常用校正装置及其特性6.4采用频率法进行串联校正6.5采用根轨迹法进行串联校正6.6反馈校正及其参数确定6.7用MATLAB进行控制系统的校正6.1控制系统校正的概念控制系统是由为完成给定任务而设置的一系列元件组成，其中可分成被控对象与控制器两大部分。设计控制系统的目的，在于将构成控制器的各元件和被控对象适当地组合起来，使之能完成对控制系统提出的给定任务。通常，这种给定任务通过所谓的性能指标来表达。这些性能指标常常与控制精度、阻尼程度和响应速度有关。当将上面选定的控制器与被控对象组成控

2、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，还需要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。这就是控制系统设计中的综合与校正问题。本章主要讨论单输入单输出定常系统的校正与设计问题。6.1控制系统校正的概念控制系统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，称为系统的校正方案。在控制系统中，经常应用的基本上有两种校正方案，即串联校正与反馈校正。图6-1串联校正系统方框图6.1控制系统校正的概念如果校正元件与系统不可变部分串接起来，如图6-1所示，则称这种形式的校正为串联校

3、正。图中G0(s)与Gc(s)分别为不可变部分及校正元件的传递函数。控制系统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，称为系统的校正方案。在控制系统中，经常应用的基本上有两种校正方案，即串联校正与反馈校正。6.1控制系统校正的概念如果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Gc(s)的校正元件，见图6-2，则称这种校正形式为反馈校正。图6-2反馈校正系统方框图应用串联校正或（和）反馈校正，合理选择校正元件的传递函数，可以改变控制系统的开环传递函数以及其性能指标。一般来说，系统的校正与设计问题，通常简化

4、为合理选择串联或（和）反馈校正元件的问题。6.1控制系统校正的概念串联校正和反馈校正，是控制系统工程中两种常用的校正方法，在一定程度上可以使已校正系统满足给定的性能指标要求。然而，如果控制系统中存在强扰动，特别是低频强扰动，或者系统的稳态精度和响应速度要求很高，则一般的反馈控制校正方法难以满足要求。目前在工程实践中，例如在高速、高精度火炮控制系统中，还广泛采用一种把前馈控制和反馈控制有机结合起来的校正方法。这就是复合控制校正。复合校正中的前馈装置是按不变性原理进行设计的，可分为按扰动补偿和按输入补偿两种方式。6.1控制系统校正的概念按扰动补偿的复合控制系统如图6

5、-3所示。图6-3按扰动补偿的复合控制系统图中，N(s)为可量测扰动，G1(s)和G2(s)为反馈部分的前向通路传递函数，Gn(s)为前馈补偿装置传递函数。复合校正的目的，是通过恰当选择Gn(s)，使扰动N(s)经过Gn(s)对系统输出C(s)产生补偿作用，以抵消扰动N(s)通过G2(s)对输出C(s)的影响。复合校正中的前馈装置是按不变性原理进行设计的，可分为按扰动补偿和按输入补偿两种方式。6.1控制系统校正的概念按给定补偿的复合控制系统如图6-4所示。图中，G(s)为反馈系统的开环传递函数，Gr(s)为前馈补偿装置的传递函数。图6-4按给定补偿的复合控制系统

6、前馈补偿装置Gr(s)的存在，相当于在系统中增加了一个输入信号Gr(s)R(s)，其产生的误差信号与原输入信号R(s)产生的误差信号相比，大小相等而方向相反。由于G(s)一般均具有比较复杂的形式，故在工程实践中，大多采用满足跟踪精度要求的部分补偿条件，或者在对系统性能起主要影响的频段内实现近似全补偿，以使Gr(s)的形式简单并易于物理实现。6.1控制系统校正的概念综上所述，控制系统的校正与设计问题，是在已知下列条件的基础上进行的，即（1）已知控制系统不可变部分的特性与参数；（2）已知对控制系统提出的全部性能指标。根据第一个条件初步确定一个切实可行的校正方案，并在

7、此基础上根据第二个条件利用本章介绍的理论与方法确定校正元件的参数。控制系统中的控制器，常常采用比例、微分、积分等基本控制规律，或采用这基本控制规律的某些组合，如比例加微分、比例加积分、比例加积分加微分等复合控制规律，以实现对被控对象的有效控制。6.2基本控制规律分析具有比例控制规律的控制器称为P控制器。P控制器的输出信号m(t)成比例地反应其输入信号ε(t)，即（6-1）6.2.1比例（P）控制规律其中Kp为比例系数，或称P控制器的增益。控制器的方框图如图6-5所示。图6-5P控制器方框图P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在控制系统中，增大比例系数可减小

8、系统的稳态误差以提高其控