自动控制理论课件6-3.ppt

6.5 串联校正：频域综合法 6.5.1 绘制希望的开环频率特性 6.5.2 频域综合法设计串联校正装置 6.6 串联校正：PID控制器的工程设计方法 6.6.2 PID串联校正的工程设计方法 综合法（希望特性法）的基本思想： 从闭环系统性能与开环频率特性密切相关这一概念出发，根据规定的性能指标要求，首先确定系统希望的开环频率特性曲线形状，然后与系统原有开环频率特性曲线相比较，从而确定串联校正装置的传递函数形式和参数。 校正后的开环频率特性 - 串联校正系统： 1. 根据性能指标要求，确定系统希望的开环对数幅频特性 ； 装置的对数幅频特性曲线 ，可求得其传递函数。 2. 根据 ，确定串联校正 校正步骤： 中频段 低频段 高频段 低中频段的衔接段 中高频段的衔接段 根据三频段特性分析，对于一个最小相位系统，开环幅频特性的低频段反映了闭环系统的稳态精度；高频段反映了系统的抗高频干扰的能力；中频段则反映了系统的瞬态性能。 绘制希望的开环幅频特性，关键是如何根据瞬态指标绘制开环幅频特性的中频段。 1. 希望开环频率特性的参数与性能指标的关系： 希望的开环对数幅频曲线中频段的形状一般为： 中频宽H： 可以证明： 使 最小的“最佳频比”为 或 所以选择： 或 另外： （1）根据对系统稳态精度的要求，确定开环积分环节个数和开环增益，绘制希望特性曲线的低频段； （2）根据动态响应速度、超调量、稳定裕量、中频区宽度要求，确定截止频率及中频区上下限角频率，绘制希望特性曲线的中频段，保证中频段的斜率为[-20]； （3）绘制希望特性低、中频段之间的衔接频段，其斜率一般为[-40]； （4）根据系统对幅值裕量和抗高频噪声的要求，绘制希望特性曲线的高频段； （5）绘制希望特性中、高频段之间的衔接频段，其斜率一般取[-40]； （6）对求出的希望特性进行性能指标验算，并对特性曲线的转折频率作必要的调整 2. 典型形式的希望对数幅频特性的确定 串联综合法校正的设计步骤如下： （4）验证系统校正后的性能指标； （5）考虑串联校正装置的物理实现。 （1）根据稳态性能指标要求，绘制满足稳态指标的待校正系统的开环对数幅频特性 ； （2）根据稳态和动态指标，绘制希望的开环对数幅频特性曲线 ，其低频段与 低频段重合； （3）由 确定串联校正装置的对数幅频特性，求出校正装置的传递函数； 例6-10 单位负反馈系统的开环传递函数为 试用综合法设计串联校正装置，使系统满足 解 （1）取 ，画未校正系统的开环对数幅频特性曲线。未校正系统的截止频率 。 低频段： （2）绘希望特性曲线： 中频段及衔接频段： 对数曲线 希望特性仍为I型系统，低频段斜率为 ，与 的低频段重合。 首先将 及 转换为相应的频域指标 所以应有： 经过 处，作斜率为 的直线，交 于 处，取 ， 。 在中频段与过 的横轴垂线的交点上，作斜率为 的直线，交希望特性的低频段于 处。 高频段及衔接频段： 希望特性的参数为： 由于对高频段没有提出要求，故在 的高频段，取希望特性与未校正系统的特性重合。这样，可使得到的校正装置尽可能简单。 对数曲线 （3）在博德图上求出曲线 ，写出串联校正装置传递函数 （4）验算性能指标。校正后系统开环传递函数 校正后的指标： 对数曲线 返回 在工程实际应用中，大多数工业控制系统采用PID控制器或者各类改进的PID控制器。常规PID控制器是由比例（P）、积分（I）、微分（D）三种基本控制规律组合成的。 大多数PID控制器的参数是在工业现场进行整定，人们已经总结出很多不同形式的参数整定规则。尤其是，当被控对象的数学模型未知或模型不准确时，无法采用分析法和综合法设计校正装置，这时使用P