第六自动控制系统的校正精要.ppt

第六章 自动控制系统的校正 6.1 控制系统校正的基本概念 6.2 常用校正装置及其特性 6.3 自动控制系统的频率法校正 6.4 串联校正装置的根轨迹法设计 6.5 串联校正装置的期望对数频率特性设 计法 6.6 并联校正装置的设计 6.7 用MATLAB进行控制系统的校正 6.1 控制系统校正的基本概念 设计一个自动控制系统一般经过以下三步: 根据任务要求，选定控制对象； 根据性能指标的要求，确定系统的控制规律，并设计出满足这个控制规律的控制器，初步选定构成控制器的元器件； 将选定的控制对象和控制器组成控制系统，如果构成的系统不能满足或不能全部满足设计要求的性能指标，还必须增加合适的元件，按一定的方式连接到原系统中，使重新组合起来的系统全面满足设计要求。 必须指出，并非所有经过设计的系统都要经过综合与校正这一步骤，对于控制精度和稳定性能都要求较高的系统，往往需要引入校正装置才能使原系统的性能得到充分的改善和补偿。反之，若原系统本身结构就简单而且控制规律与性能指标要求又不高，通过调整其控制器的放大系数就能使系统满足实际要求的性能指标。 系统分析与校正的差别: 系统分析的任务是根据已知的系统，求出系统的性能指标和分析这些性能指标与系统参数之间的关系，分析的结果具有唯一性。 系统的综合与校正的任务是根据控制系统应具备的性能指标以及原系统在性能指标上的缺陷来确定校正装置(元件)的结构、参数和连接方式。从逻辑上讲，系统的综合与校正是系统分析的逆问题。同时，满足系统性能指标的校正装置的结构、参数和连接方式不是唯一的，需对系统各方面性能、成本、体积、重量以及可行性综合考虑，选出最佳方案. 6.1.1 校正的一般概念 控制系统是由为完成给定任务而设置的一系列元件组成，其中可分成被控对象与控制器两大部分。 6.1.2 校正方式 校正装置的连接方式: (1)串联校正 (2)并联校正 (3)前馈校正 Gc(s): 校正装置传递函数 G(s): 原系统前向通道的传递函数 H(s): 原系统反馈通道的传递函数 1 串联校正 串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串接于系统前向通道之中。一般情况下，对于体积小、重量轻、容量小的校正装置(电器装置居多)，常加在系统信号容量不大的地方，即比较靠近输入信号的前向通道中。相反，对于体积、重量、容量较大的校正装置(如无源网络、机械、液压、气动装置等)，常串接在容量较大的部位，即比较靠近输出信号的前向通道中。 2 并联校正 并联校正是将校正装置Gc(s)反向并接在原系统前向通道的一个或几个环节上，构成局部反馈回路。 两种连接方式的合理变换 通过结构图的变换，一种连接方式可以等效地转换成另一种连接方式，它们之间的等效性决定了系统的综合与校正的非唯一性。在工程应用中，究竟采用哪一种连接方式,这要视具体情况而定。一般来说，要考虑的因素有：原系统的物理结构，信号是否便于取出和加入，信号的性质，系统中各点功率的大小，可供选用的元件，还有设计者的经验和经济条件等。由于串联校正通常是由低能量向高能量部位传递信号。加上校正装置本身的能量损耗。必须进行能量补偿。因此，串联校正装置通常由有源网络或元件构成，即其中需要有放大元件。 P、I、D控制规律: －比例控制规律（P）：Gc(s)=K 比例-积分-微分(PID)调节器 PID（比例—积分—微分）调节器在工业控制中得到广泛 地应用。它有如下特点： 1.对系统的模型要求低 实际系统要建立精确的模型往往很困难。而PID调节器 对模型要求不高，甚至在模型未知的情况下，也能进行调节。 2.调节方便 调节作用相互独立，最后以求和的形式出现的，人们可改 变其中的某一种调节规律，大大地增加了使用的灵活性。 3.适应范围较广 一般校正装置，系统参数改变，调节效果差，而PID调节器 的适应范围广，在一定的变化区间中，仍有很好的调节效果。 写成传递函数形式 不难看出，引入PID调节器后，系统的型号数 增加了Ⅰ，还提供了两个实数零点。因此， 对提高系统的动态特性方面有更大的优越性。 6.2 常用校正装置及其特性 (1) 超前校正装置 (2) 滞后校正装置 (3) 滞后-超前校正装置 常用无源校正网络表(6-1) 常用有源校正装置表(6-2) 1.从校正装置自身有无放大能力来看，可分为： 无源校正网络：阻容元件 优点：校正元件的特性比较稳定。 缺点：由于输出阻抗较高而输入阻抗较低，需要另