第八章反馈控制系统设计ppt课件.ppt

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1、第八章反馈控制系统设计（教材第10章）8-1控制系统指标、参数及其调节回顾8-2控制系统校正的概念8-3常用校正装置及其特性8-4用Bode图设计超前校正网络8-5用Bode图设计滞后校正网络8-6用根轨迹设计超前校正网络8-7用根轨迹设计滞后校正网络8-8PID控制器8-9控制系统的反馈校正与干扰补偿8-10控制系统设计综合实例第十八讲：校正网络设计（8-5，8-6单元，2学时）8-5用Bode图设计滞后校正网络8-6用根轨迹设计超前校正网络8-5用Bode图设计滞后校正网络与超前网络不同，配置滞后网

2、络时，发挥作用的主要是幅度增益的衰减，而不是滞后相角。因此，通常将新剪切频率配置在比零点频率大10倍频程处，在保证衰减达到的同时，也减小了附加的相角损失。-20db0.1/T1/T10/bT-45-901/bT20lgb020lgb（3）按照相角裕度、剪切频率的设计要求,计算预期的剪切频率。计算预期剪切频率时，应考虑滞后校正网络可能引起的附加滞后相角。在通常情况下，该滞后相角的预留值可取为5o。一、设计步骤：（1）确定开环增益K，以满足对稳态误差的设计要求。（2）计算未校正系统的相角裕度，若不满足设计要

3、求，则继续下面的设计步骤。（5）根据预期剪切频率、未校正系统的幅值增益曲线，按下式确定网络参数，保证提供所需的增益衰减(过0dB线)。（4）配置滞后校正网络的零点，为了确保附加滞后相角不超过5o，滞后校正网络的零点频率应比预期剪切频率小10倍频程。（6）计算滞后校正网络的极点。例题8.3：控制系统如图所示，若要求：1、校正后静态速度误差系数等于2、相角裕度幅值裕度3、剪切频率，试设计串联校正装置。二、用Bode图设计滞后校正网络解：（1）确定开环增益K，以满足对稳态误差的设计要求。系统为I型系统，根据误

4、差系数的要求，取:（2）计算未校正系统的相角裕度，若不满足设计要求，则继续下面的设计步骤。因此，绘制原系统的Bode图，可以得到未校正系统的频率域参数：可见，系统不稳定。需要积分型校正。（3）按照相角裕度、剪切频率的设计要求,计算预期的剪切频率。计算预期剪切频率时，应考虑滞后校正网络可能引起的附加滞后相角。在通常情况下，该滞后相角的预留值可取为5o。因此，在未校正系统Bode图中，确定与相角裕度对应的频率点，不妨取为：（4）配置滞后校正网络的零点，为了确保附加滞后相角不超过5o，滞后校正网络的零点频率应

5、比预期剪切频率小10倍频程，即：-5º20lg(b)（5）根据预期剪切频率、未校正系统的幅值增益曲线，按下式确定网络参数，保证提供所需的增益衰减(过0dB线)。即：于是有：Bode图上的滞后校正原理图0dB20lg(b)-5º（6）计算滞后校正网络的极点。最后有：可以绘制出的Bode图。滞后校正网络Bode图验算性能指标例8.4I型系统的校正网络设计。设计要求：相角裕度不小于45，系统的斜坡响应误差小于5%。Y(s)R(s)+-Gc(s)H(s)K解：(1)首先由稳态性能指标确定K值。系统的斜坡响应误

6、差小于5%，所以(2)设计要求：相角裕度不小于45，(3)绘制未校正系统的Bode图，并据此进行控制设计。从图上可以轻易看出，未校正系统的幅值裕度（K的自由度大，取值适中）足够大，相位裕度为这给我们提供了足够的设计空间。如果引入超前网络，幅值曲线将略有上升，剪切频率稍有增大（右移），带宽增大，响应加快，似乎可以实现。如果引入滞后网络，幅值曲线将较大下降，剪切频率减小（左移），带宽减小，确保稳态精度和抗干扰能力，似乎也可以实现，都不会出现失稳等极端情况。（4）引入超前校正，则超前校正环节应至少提供的超前

7、相角为：实际上，由于幅值曲线提升，校正后系统（红线）的相角，可能还要减少约5。因此取超前校正网络的参数为：超前校正环节的幅值提升为：(5)在未校正系统的Bode图上寻找幅值为-5.125dB的位置，即红线位置。可以读出，校正后的剪切频率为：(6)验证超前校正是否满足相位裕度设计要求(7)计算超前校正网络参数：这样设置，可以确保超前校正环节的最大相角频率等于校正后系统的剪切频率。(8)完整的校正网络为：(4’)若引入滞后网络，在未校正Bode图上寻找满足相位裕度要求的预期剪切频率及幅值（红色线）。即(5

8、’)设计滞后校正控制器，使成为校正后系统的剪切频率。这需要滞后校正网络带来的幅值衰减为满足(6’)网络零点频率配置在小于剪切频率10倍频处，滞后校正控制器产生约为5的滞后相角。(7’)完整的滞后校正控制器为：校正后的开环频率特性如图，同样达到了设计要求。但在比较极端的条件下，超前或滞后网络只能二者取其一。一、超前相角校正网络（根轨迹观点）：j08-6用根轨迹设计超前校正网络网络零点（开环）网络极点（开环）-p-z通过渐近线交点看效果。