自动控制理论 第6章.pptVIP

北京邮电大学信息工程学院 §6-1 系统校正的基本概念 求期望主导极点，设 惯性环节采用比例负反馈后等效环节仍为惯性环节，其时间常数将减小，即惯性将减弱，且比例负反馈越强，反馈后的时间常数将越小。由于惯性的减弱，使过渡过程时间缩短，从而使响应速度加快。 （2）负反馈可以减弱参数变化对系统性能的影响； （3）负反馈可以消除系统不可变部分中不希望有的特性； 设多环控制系统的前向通道中环节的存在影响了系统的性能，这是我们不希望的。采用局部负反馈，将包围起来就可抑制其不良影响。 （4）负反馈可以消弱非线性影响； （5）负反馈矫正的系统低速平稳性比串联校正的好。 滞后—超前校正参数的确定 概括起来讲，主要内容是：一个定义，一张图，六个公式，一个流程。 一个定义是指迟后—超前校正的定义：在控制系统中，当具有相位滞后—超前特性的PID控制器作为对系统特性进行校正的一种装置时，这种校正形式称为滞后—超前校正。 一张图是指近似 PID 控制器的波特图： （三）串联滞后—超前校正 （PID控制器） （近似PID调节器） 六个公式是指 超前：，以为纵坐标， 作与和 线的交点为，得 一个流程是指： 滞后： 校核 考虑开环增益未 校正的定即 例6-3 设某控制系统不可变部分的开环传递函数为 要求系统具有如下性能指标： （1）开环增益； （2）相角裕度； （3）幅值裕度。 试确定串联滞后－超前校正装置的参数。 滞后——超前校正的特点： （1）滞后－超前校正在校正过程中是各有分工，即滞后校正主要用来校正系统的低频段，用来增大未校正系统的开环增益，以便提高系统的稳态控制精度。而超前校正主要在于改变未校正系统中频段的形状，以便提高系统的动态特性。 （2）滞后－超前校正具有互补性。滞后校正部分和超前校正部分既发挥了各自的长处又用对方的长处弥补了自己的短处。如超前校正部分可以提高系统的快速性，恰好可弥补滞后校正部分使系统反应速度降低的不利影响。 （3）上述各校正部分能发挥各自长处的关键是参数的选取，若参数选择适当，那么，滞后－超前校正既可以提高系统的动态性能又可以提高系统的稳态性能，这也是其久用不衰的原因。 时域性能和期望极点 超调量 调整时间 §6-3 用根轨迹方法设计校正网络 串联超前校正 串联超前校正校正系统的动态性能。 适用于稳态精度满足，动态性能不满足的系统。 例6-4 要求ζ＝0.5，ωn = 4 误差系数kp = 0 ①校核系统稳态精度 开环传递函数含积分环节 kp = 0 ②校核动态性能 （1）校核原系统 可得ωn = 2 和ζ＝0.5 基本方法是合理配置超前校正环节，改变根轨迹形状。 （2）绘制原系统根轨迹和计算期望主导极点位置 原系统开环极点 －p1= 0和－p2＝－2 ωn = 2 和ζ＝0.5 ＝ -0.5×4 = -2 ωncosθ= 4×cos600 = 期望主导极点位置 ζ＝0.5，ωn = 4 （3）校正网络选择和零极点配置的原则 零点-zc应在－p2左侧附近，但不宜远离虚轴。 极点－pc根据根轨迹的相角条件计算。 如果零点-zc在－p2右侧，系统的一个非主导极点会出现在-zc右侧，并靠近虚轴对系统产生影响。 （4）配置超前校正网络的零极点 校正后的开环传递函数 G’0(s) 得 Kc = 4.8 －pc = －5.6 校正后系统结构 串联超前校正网络传递函数 校正后系统的闭环极点和零点 串联滞后校正 适用于动态性能满足，稳态精度不满足的系统。 串联滞后校正用于校正系统稳态精度； 基本方法是在原点附近放置滞后零极点对。 例5.2 超调量σ％≤20％，单位斜坡输入稳态误差ess≤0.15 首先使主导极点位于期望位置，满足动态性能指标，然后通过滞后校正调整稳态精度 。 （1）绘制原系统根轨迹 开环极点－p1 = 0，－p2 = －1，－p1 = －5 调整时间 （2）计算满足动态性能后的稳态精度指标 期望主导复极点近似值－0.4 ± j 0.8 代入特征方程 得: 原系统的调整时间 速度误差系数 速度误差 （3）设计串联滞后校正网络 ① 校正网络靠近虚轴，零点到原点的距离为主导极点到虚轴距离的1/5 ~ 1/10。 ② 零极点之间的倍数应满足稳态误差要求。 在零点附近增添零极点对 ，增加开环增益，而尽量不影响动态性能。 需提高开环放大倍数10倍，校正网络极点坐标为0.008。 期望主导极点的实轴坐标－0.4，则校正网络的零点坐标－0.4／5＝－0.08。 校正后的系统开环传递函数 1、几个基本概念 （1）何谓系统对数频率特性 加入串联校正装置后系统达到了给定性能指标的 要求，我们称这时的开环渐近对数频