自动控制理论_22控制系统的与校正.ppt

第六章 控制系统的与校正 6－2 串联校正 例6－1 由于校正环节的相位滞后主要发生在低频段，故对中频段的相频特性曲线几乎无影响。 例6-3 三、滞后－超前校正 传递函数中前一部分为相位超前校正，后一部分为相位滞后校正。对应的伯德图如图所示。由图看出不同频段内呈现的滞后、超前作用。 6－3 串联校正的理论设计方法 一、串联校正的频率域方法 (1)设计原理 例 给定系统结构图如图所示。 解: 例 给定系统结构图如图所示。（采用滞后校正） 解: 完成课后思考题 * 一、相位超前校正 二、滞后校正 例6－2 单位负反馈系统原有的开环Bode图如图所示。 曲线 是根据稳态精度的要求而绘制。 校正的作用是利用了网络的高频衰减特性，减小系统的截止频率，从而使稳定裕度增大，保证了稳定性和振荡性的改善。 因此可以认为，滞后校正是以牺牲快速性来换取稳定性和改善振荡性的。 由图可见，并未改变低频段的斜率与高度，这说明稳态精度并未由于滞后校正而直接改善。 提供了一种通过增加开环放大系数来提高低频区幅频特性高度的办法。 为了全面提高系统的动态品质，使稳态精度、快速性和稳定性均有所改善，可同时采用滞后与超前的校正，并配合增益的合理调整。 鉴于超前校正的转折频率应选在系统中频段，而滞后校正的转折频率应选在系统的低频段，因此可知滞后—超前串联校正的传递函数的一般形式应为 滞后-超前网络的bode图 滞后-超前网络特点： 幅值衰减，相角超前 四、PID校正器 1、比例(P)控制 具有比例控制规律的控制器称为比例控制器．其特性和比例环节完全相同，实际上是一个可调增益的放大器。 传递函数 动态结构图为 比例控制的作用： 1．在系统中增大比例系数Kp可减少系统的稳态误差以提高稳态精度。 2．增加Kp可降低系统的惯性，减小一阶系统的时间常数，改善系统的快速性。 3. 提高Kp往往会降低系统的相对稳定性，甚至会造成系统的不稳定。 2、PD校正器 具有比例?微分控制规律的控制器称为PD校正器。 传递函数 动态结构图为 PD控制器的作用： PD控制具有超前校正的作用，能给出控制系统提前开始制动的信号，具有“预见”性，能反映偏差信号的变化速率(变化趋势)，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引进一个有效的早期修正信号，有助于增加系统的稳定性，同时还可以提高系统的快速性。 缺点：系统抗高频干扰能力差。 内特性为 超前校正。 3、积分(I)控制 具有积分控制规律的控制器，称为I控制器。 传递函数 动态结构图为 4、PI校正器 动态结构图 传递函数 PI控制器的作用： 在系统中主要用于在保证控制系统稳定的基础上提高系统的型别，从而提高系统的稳态精度。 5、PID校正器 内特性为 滞后校正。 PID控制器的作用： PID具有PD和PI双重作用，能够较全面地提高系统的控制性能。PID控制器除了提高系统型别之外，还提供了两个负实零点，从而较PI控制器在提高系统的动态性能方面有更大的优越性。因此，在工业控制设计中，PID控制器得到了非常广泛的应用。 相当于 滞后超前校正。 *低频段增益充分大，以保证稳态精度要求； *中频段对数幅频特性斜率为－20dB/dec，并占据充分的带宽，以保证相角裕度； *高频段增益尽快减小，以削弱噪声影响。 G c (s) + - R(s) C(s) G (s) E(s) H (s) 1、串联超前校正 G(s)H(s)是待校正系统，Gc(s)为超前校正网络，校正后的开环传递函数记为G(s)·Gc(s) H(s) 对数幅频特性： ④ 验算已校正系统的相角裕度。 (2)设计方法 ： ① 根据稳态误差要求，确定开环增益K 。 ② 根据已知量绘出原系统的对数幅频特性曲线，计算原系统 的相角裕度 γ 和截止频率 ③ 根据校正后新截止频率ωc的要求,计算超前网络参数a和T 。 关键：取 ,由 求得a, 再由 确定T值。 设计 和 K， 使得系统在 r(t)=t作用下稳态误差≤0.01 ，相稳定裕度≥ ,截止频率 2、滞后校正 动态性能符合技术指标，为改善稳态性能，而又不影响其动态性能，采用串联滞后校正装置。数学模型是增加一对相互靠得很近并且靠近原点的开环零、极点，提高开环增益，而不影响对数频率特性的中、高频段。 利用其低通滤波特性，衰减高频幅值，降低截止频率，提高相角裕度，以改善稳定性和其它动态性能，但应保证原系统在开环截止频率指标值附近的相频特性曲线基本不