控制工程基础-第七讲上课讲义.ppt

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1、控制工程基础-第七讲7.1问题的提出系统分析：在系统的结构、参数已知的情况下，计算出它的性能。系统校正：在系统分析的基础上，引入某些参数可以根据需要而改变的辅助装置，来改善系统的性能，这里所用的辅助装置又叫校正装置。一般说来，被控对象（G2(S))的模型结构和参数不能任意改变，可以称之为控制系统的“不可变部分”。如果将这个被控对象简单地组成一个反馈系统，常常不能满足控制要求。为此，人们常常在系统中引入某种环节——校正装置（G1(S))，以改善其性能指标。7.1问题的提出我们已经初步学过的几种校正方法

2、：（1）对干扰补偿的前馈补偿被控对象1当G(s)时，U(可s)以0求得当nG(s)1有Y(s)0恒定成立。说明系统输出Y(s)N(s)的影响。7.1问题的提出（2）对给定输入进行补偿G(s)1,则：E(s)0rG(s)7.1问题的提出（3）比例微分控制下图表示引入了一个比例微分控制的二阶系统,系统输出量同时受偏差信号e(t)和偏差信号微e分(t)的双重控制。试分析比例微分校正对系统性能的影响。u(t)e(t)e(t)2y(t)1n-+s(s2n)e(t)Tsd7.1问题的提出

3、系统开环传递函数2(Ts1)k(Ts1)nddnG(s),ks(s2)s2ns(1)2n闭环传递函数:22G(s)(Ts1)(Ts1)ndnd(s)222221G(s)s2sTss2snndndnn1等效阻尼比：Tddn27.1问题的提出（4）速度反馈控制右图是采用了U(s)E(s)2Y(s)n速度反馈控制--s(s2n)的二阶系统。试分析速度反kts馈校正对系统性能的影响。分析系统的开环传递函数为2n2s(s

4、2)nnG(s)22kss(s2k)ntnnt1s(s2)n7.1问题的提出kG(s)式中kt为速度反馈系数ss(1)22knnt其中：kn为系统的开环增益2kntn(不引入速度反馈开环增益k)22G(s)闭环传递函数：n(s)2221G(s)s2sksnntn22nn12222s2ss2(k)stnnntnn27.1问题的提出1等效阻尼比：kttn2显然，所以速度反馈

5、可以增大系统的t阻尼比,而不改变无阻尼振荡频率ωn,因此,速度反馈可以改善系统的动态性能。在应用速度反馈校正时,应适当增大原系统的开环增益,以补偿速度反馈引起的开环增益减小,同时适当选择速度反馈系数Kt,使阻尼比ξt增至适当数值,以减小系统的超调量,提高系统的响应速度。以上的校正方法均具有重要的实际意义，本章重点讲解一种工程上最为常用的PID控制器的设计与实现。7.2系统校正的几种常见古典方法1、串联校正2、反馈校正3、前馈校正4、顺馈校正5、校正类型比较7.2系统校正的几种常见古典方法1、串联校正

6、如果校正元件与系统的不可变部分串联起来，如图所示，则称这种形式的校正为串联校正。R(s)+C(s)G(s)G(s)c0-H(s)串联校正系统方框图图中的G0（s）与Gc（s）分别表示不可变部分及校正元件的传递函数。7.2系统校正的几种常见古典方法2、反馈校正如果从系统的某个元件的输出取得反馈信号，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，则称这种校正形式为反馈校正，如下图所示。R(s)++C(s)G(s)G2(s)1--G(s)cH(s)反馈校正系统方框图7.2系统校正的几种常

7、见古典方法3、前馈控制如果干扰可测，从干扰向输入方向引入的以消除或减小干扰对系统影响的补偿通道。N(s)G(s)cG(s)nE(s)C(s)G1(s)G2(s)H(s)7.2系统校正的几种常见古典方法4、顺馈控制以消除或减小系统误差为目的，从输入方向引入的补偿通道。G(s)cR(s)C(s)G(s)G2(s)1H(s)7.2系统校正的几种常见古典方法5、校正类型比较：串联校正:分析简单，应用范围广，易于理解和接受.反馈校正:最常见的就是比例反馈和微分反馈，微分反馈又叫速度反馈。顺

8、馈校正：以消除或减小系统误差为目的。前馈校正：以消除或减小干扰对系统影响。本章以最为常见的串联校正中的PID校正为学习目的。7.3PID模型及其控制规律分析1、PID控制器模型2、PID控制规律分析3、PID控制器的特点7.3PID模型及其控制规律分析1PID控制器模型tde(t)u(t)Ke(t)Ke()dKpI0Ddt2KsKsKDPIG(s)s7.3PID模型及其控制规律分析2PID模型及其控制规律分析1）比例控制器具有比例控制规律的控制器称为