第五章 控制系统的校正.ppt

第五章 控制系统的校正  p137 第一节 概述 一、定义： 在原有系统中，有目的的增添一些装置和元件，人为地改变系统的结构和性能，使之满足所需要的性能指标，这种方法称为“系统校正”（system compensation)。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。 二、校正方式 根据校正装置在控制系统中的位置，最基本的校正方式有两种，即串联校正和反馈校正（也称并联校正）。 1、串联校正方式 将校正装置串联在反馈控制系统的前向通道中。 校正装置的作用：实现各种控制规律，以改善控制系统的性能，因此常称为控制器。 根据所起的作用不同，串联校正装置可分为： 相位超前校正装置 相位滞后校正装置 相位滞后-超前校正装置 2、反馈校正方式 将校正装置接于局部反馈通道中构成。 优点：可大大提高系统的相对稳定性，有效削弱非线性因素的不良影响，降低系统对参数变化的敏感度，显著改善系统抑制扰动的能力。 三、校正装置 分类 根据动力源和信号性质不同，校正装置分为电气的、气动的、液压的以及机械的等，其中应用最广泛的是电气校正网络。 根据电气校正装置是否使用电源，其又可分为以下两种： 1、无源校正装置 构成：由电阻和电容组成的两端口网络。 特点： 无需外供电源，线路简单，组合方便，成本 低。但本身没有增益，且输入阻抗低，输出阻抗高。 2、有源校正装置 构成：由运算放大器和无源网络组成。 特点： 输入阻抗高，输出阻抗低；可以提供所需要的增益；设计、参数调整方便，使用灵活等。 第二节 PID控制 第三节 串联校正 一、比例校正 二、比例-微分(PD)校正（相位超前校正） 三、比例-积分(PI)校正（相位滞后校正） 第三节 反馈校正 一、特点 改变反馈所包围环节的动态结构和参数，消除所包围环节的参数波动对系统性能的影响。 二、反馈校正的形式 * * + - X i ( ) s G c ( ) s H(s) X o ( ) s G ( ) s 2 校正环节 + - X i ( ) s X o ( ) s + G 1 ( ) s G ( ) s 2 G ( ) s c G ( ) s 3 - G ( ) s 2 * 校正环节 PID控制，即比例、积分和微分控制的简称。即：Proportional-Integral-Differential Control 在当今应用的工业控制器中，半数以上采用了PID或变形PID控制方案。PID控制器分为模拟和数字控制器两种。模拟PID控制器通常是电子、气动或液压型的，数字PID控制器是由计算机实现的。 大多数PID控制器的参数是现场调节的。PID控制的价值在于它对于大多数控制系统的广泛适应性，虽然在许多给定的情况下还不能提供最佳控制。 下图表示了一种控制对象的PID控制。它是串联在系统的前向通道中的，这是一种最常见的形式。 PID控制器的时域表达式为： 式中，u(t)是PID控制器的输出信号，e(t)是PID控制器的输入信号，也就是系统的误差信号。kp称为比例系数，Ti、Td分别称为积分和微分时间常数。 - PID控制器 控制对象 PID控制器又称为比例-积分-微分控制器。 上页所示的PID表达式(6.1)即是通常所说的常规PID控制器。 常规PID控制器可以采用多种形式进行工作。主要有以下几种,分别称为： 比例控制器： 比例-积分控制器： 比例-微分控制器： 比例-积分-微分控制器： 在某些特殊的情况下，PID控制器可以进行适当的变形，以适应系统控制的要求。这些控制器称为变形的PID控制器。比如，积分分离PID控制器，变速PID控制器，微分先行PID控制器，抗饱和PID控制器，Fuzzy PID控制器等形式。 PID控制器的传递函数如下： PID控制器的结构图如下： - 控制对象 将PID控制器应用于控制系统实例： PID控制器每一部分对控制系统的作用： 比例部分：增加比例系数可加快系统的响应速度，减小稳态 误差；但比例系数太大会影响系统的稳定性。 积分部分：积分时间常数越小，积分作用越强。积分控制作用可以消除系统的稳态误差；但积分作用太大，会使系统的稳定性下降。 微分部分：微分时间常数越大，微分作用越强。微分作用能够反映反映误差信号的变化速度。变化速度越大，微分作用越强，从而有助于减小振荡，增加系统的稳定性。但是。微分作用对高频误差信号（不管幅值大小）很敏感。如果系统存在高频小幅值的