孙炳达版 《自动控制原理》第6章 频率法校正-1.pptVIP

自动控制原理 第六章 频率法校正 6.1 频率法校正的基本概念 6.1 频率法校正的基本概念 为改善系统性能所增加的环节称为校正装置，根据工程上对系统品质指标的要求，合理地确定校正装置的形式和参数的过程称为系统的校正。 系统校正的原因 闭环系统有自动控制功能，在一定范围内可以通过调节增益改变系统性能，但有时不能满足要求。 校正装置可以是电气的、机械的、气动的、液压的或其他形式的元件组成； 电气的校正装置分为有源的和无源的两种，应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。 6.1 频率法校正的基本概念 一、系统性能指标 控制系统的性能指标是根据系统在典型输入作用下输出响应的特性定义的，大致可分为时域指标和频率指标。 1. 时域指标 静态指标：稳态误差、无差度、开环放大系数等。 动态指标：调节时间、超调量、上升时间、峰值时间和振荡次数等。 6.1 频率法校正的基本概念 2. 频域指标 开环频域指标：截止频率、相角稳定裕度、幅值稳定裕度。 闭环频域指标：闭环谐振峰值、谐振频率、带宽频率。 用频率法对系统进行设计时，若给出的是时域性能指标，则要换算成频域性能指标。 6.1 频率法校正的基本概念 二、对数幅频特性的形状与系统性能指标的关系 对于最小相位系统，相频特性与对数幅频特性之间存在有一一对应的确定关系。即在任一频率下的相角特性，可由相应的对数幅频特性的斜率和分段直线各交接频率所决定。开环对数频率特性曲线的形状对系统性能的影响有： 1.低频段 频率特性低频部分的特征反映开环系统积分环节的个数和开环放大系数的数值，它主要影响系统的稳态性能。 6.1 频率法校正的基本概念 如图所示的系统，无差度数ν=1， 开环放大倍数K=10， 其稳态误差系数Kp=∞，Kv=10。 6.1 频率法校正的基本概念 3. 高频段 高频段特性反映了系统的抗高频干扰能力，这部分特性衰减越快，系统的抗干扰能力越强。 2. 中频段 为了使系统稳定并有足够的稳定裕度，截止频率ωc处的斜率应为-20dB/dec并有一定的宽度。ωc的数值与时域指标中的ts和tr有关。 上述的结论表明，频率校正的实质就是引入校正装置的特性去改变原系统开环对数幅频特性的形状，使其满足给出的性能指标。 6.1 频率法校正的基本概念 1、如果系统稳定且有较满意的动态响应，但稳态度差太大，这就必须增加低频段的增益来减小稳态误差，同时保持中、高频特性不变。 系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般 可以将校正问题归纳为三类： 改变低频段 6.1 频率法校正的基本概念 2、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改变系统的截止频率和相角裕度。 改变高频段 6.1 频率法校正的基本概念 3、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高频段。 低中高频段均改变 6.1 频率法校正的基本概念 三、校正方式 按校正装置在系统中的联结方式，有两种最常用的校正方式。 一是校正装置在系统的前向通路与被校正对象相串联，称为串联校正，如图所示。 G0(s)和Gc(s)分别为被校正对象和校正装置的传递函数。 6.1 频率法校正的基本概念 另一种是校正装置在局部反馈通道中接入校正装置，称为局部反馈校正，如图所示。 一般的系统可采用串联校正或局部反馈校正。对于复杂的、性能要求较高的系统可同时采用串联校正和局部反馈校正。