ch7 控制系统的综合与校正.ppt

综合性能指标（误差准则） 1、误差积分性能指标 2、误差平方积分性能指标 适用条件：系统在阶跃输入下，过渡过程有超调（振荡）。 特点：公式中含有e2(t)项,误差e(t)的正负不会抵消,这样大误差更明显(放大)，小误差忽略。调节系统参数，使I值最小，则大的误差迅速减少，但系统容易振荡。 §7-7 PID校正 一、PD串联校正 设C (t)、e(t)如图。 因de/dt为负,校正装置的输出将变小,从而使输出上升变慢,若参数调 整合适,可使C(t)超调小或不超调。 但,由于此时的|-de/dt| 很大, 误差将往负方向继续增加, 也就是系统一定产生超调; 当C(t)第一次到达c(∞)处 系统误差等于零; 用PD校正(kP+kDS) m(t)=kP+kD*de(t)/dt 用P校正(kP)， m(t)=kP*e(t) 所谓PID调节器就是由比例P 、积分I 、微分D环节所构成的校正器。 1．比例控制器（P调节器） 其传递函数为： 比例控制器主要是调节增益。 2．积分控制器（I调节器） 其传递函数为： 积分控制器主要特点是：无差调节。即系统平衡后，阶跃信号的稳态设定值和被调量无差，偏差为零。 3．微分控制器（D调节器） 其传递函数为： 微分控制器是对被调量的变化趋势进行调节，及时避免出现大的偏差。 很少用，因为会带来较大的冲击。 PID调节器 一 、串联超前校正 无源阻容网络组成的相位超前校正网络有这个功能 电路： 传递函数： BODE图： ? 当要求fm较大时，fm－a 是非线性关系， a可能非常大，以至于不易实现。 这种情况下，可以用两个装置串联使用； 最好还是采用其它方法。 二、串联滞后校正 分析：K=5,这里是I型系统，K=Kv取=5，取5精度高， 但可能会引起校正实现困难； g=40度, 也取下限；和超前校正一样，先满足精度的要求再加校正装置满足相位裕量； wc是系统的快速性要求，因为滞后校正会引起剪切频率降低，太低的剪切频率会使系统响应迟缓，在设计过程中给予考虑。 一个积分环节 两个惯性环节 ： 转折频率 w1=1， 画出Bode图如下: ： 低频段是一条过点A的斜率 为 -20dB/dec的直线 在?1=1处斜率转折为-40dB/dec ： ?=1处的幅值，设为A点 在?2=4处斜率转折为-70dB/dec 转折频率 w2=4， w1 w2 14dB A . -20dB/dec -40dB/dec -70dB/dec 5 14=40(lgwc -lg1) wc=2.24 原系统不能满足要求；滞后校正装置又不能产生超前相角；如何使用滞后校正装置 wc 相频特性 滞后校正装置的幅频特性在中、高频段可以产生衰减作用，利用这 个性能使原系统中、 高频段衰减从而得到 较大的裕量。 低频段的滞后角比较小，如果剪切频率在低频段，则系统就有足够的相位裕量 ? 如果剪切频率在0.7，对应相位裕量就有 45° 在原系统的相频特性中找出满足相位裕量下的频率作为校正后系统的剪切频率； 求出在该频率下原系统的增益；这个增益需要由校正装置来抵消（衰减） 这个增益决定了校正装置的中频宽 确定校正装置的转折频率应考虑 其滞后角的影响，即，应离开新 剪切频率远些，也由于这个 原因，之前确定新剪切 频率时应留一些裕量 w1 w2 A . -20dB/dec -40dB/dec -70dB/dec 5 wc 45° wc2 1/bT 1/T -20dB/dec L0(w) L(w) f0(w) f(w) 串联滞后校正步骤： 7、检验（不合格时返回步骤3重做） 7、完成校正后的Bode图， 标注单位、数值等 （如果限制?c可以简单地取其下限作为校正后剪切频率） 讨 论 滞后校正环节产生的滞后相角，不能改善系统性能，用于校正是它在中、高频段的衰减作用。 滞后校正装置 20lgb 三、串联滞后-超前校正 当固有系统不稳定，系统指标仅用一种校正方式难以实现时，可考虑串联迟后-超前校正装置。 串联迟后-超前校正兼有迟后和超前校正两种的优点：响应速度快、 相位裕度大（超调量小）， 抗扰性也好。 相位滞后-超前校正装置的频率特性 衰减中频段增益 -20lga 使 低频段零分贝线不影响精度 不希望的相角滞后 正相角加在穿越频率附近 过渡斜率 ±20dB/dec 高频段零分贝线不影响抗扰性能 不在 中点 不在 中点 滞后 超前 注意！负载效应 无源滞后-超前网络 例：设待校正随动系统开环传递函数为 设计校正装置，使系统性能满足以下要求： （1）最大指令速度180（o)/s ，位置滞后误差不超过1o （2）相角裕度为 （3）幅值裕度不低于10dB （