自动控制原理第六章剖析.ppt

PD调节器 模拟PID调节器的实现： PI调节器 PID调节器 数字PID控制算法 位置式PID控制算法： 增量式PID控制算法： PID调节器参数的人工整定 PID调节器参数的人工整定方法： 在实际工程应用中，许多控制对象的数学模型都难以得到，因此难以用解析法来设计控制器的参数，大多数PID调节器是在现场进行调节的，为此提出了许多不同类型的调节律。利用这些调节律，可以对PID进行精确而细致的现场调节。 齐格勒和尼柯尔斯(Ziegler和Nichols)提出了调整PID控制器的法则。包括两种方法，分别适用于不同的系统类型。 自动整定 基于继电反馈控制(relay feedback control) 基于模式识别(pattern recognition) 基于专家系统(expert system)原理 控制器参数的优化计算整定 课程结构 系统结构图 开环传递函数 性能指标 校正方式 校正网络 校正后开环传递函数 校正后性能指标 不满足期望性能指标 计算 计算 与期望指标比较 计算，判断稳定性 建模 校正 校正方式 校正装置 校正设计方法 串联校正 反馈校正 复合校正 无源校正装置 有源校正装置 PID调节器 分析法（试探法） 综合法（期望特性法） 串联超前校正 串联滞后校正 串联滞后-超前校正 PID校正 课程结构 重点：校正的概念 难点：校正基本概念；校正设计；PID 习题 6-7 第六章 控制系统的综合与校正 第六章 控制系统的综合与校正 校正的概念和实质 校正方法 校正方式 相位超前校正设计 PID调节器 校正的概念和实质 概念：当给定的被控对象仅改变开环增益不能满足所要求的性能指标时，增加必要的元件或环节，使系统具有满意的性能指标（时域和频域指标）。 被控对象 执行机构 控制器 测量装置 控制器 + - 给定元件 校正 元件 控制对象 测量装置 输出信号 执行机构 输入 信号r(k) c(t) 校正的概念和实质 实质：通过引入的校正装置的零、极点，来改变整个系统的零、极点分布，从而使系统满足希望的性能要求。 系统的性能指标包括“稳、准、快”三方面的要求，可采用时域或频域指标表示。 静态指标：稳态误差或开环放大倍数。 动态指标：快速性能指标、动态误差和稳定性能。 校正方法：线性系统的校正方法主要有频率特性法和根轨迹法。频率特性法适合给定性能指标为频域指标的情况。根轨迹法适合于给定性能指标为时域指标的情况。（主要介绍频率特性校正方法） 频率特性法：一般通过Bode图进行，可分为： 分析法：根据设计要求和原有系统的特性，依靠分析和经验选择一种校正装置加入到系统中，然后计算校正后系统的性能指标，并进行检验。如此反复进行，直至达到要求。设计出的校正装置比较典型、易于实现，但需有一定的经验，一般也不能得到最佳性能。 期望频率特性法：先由给定的性能指标确定出期望的伯德图，再由期望的频率特性减去原系统固有的频率特性，从而得出校正装置的频率特性，然后校验校正后系统的性能，直至满足。一般可一次成功，但校正装置的物理实现较为困难，一般只用于最小相位系统。 校正方式：校正方式的选用主要取决于系统本身的结构特点、采用的元器件、信号的性质、经济条件及设计者的经验。校正装置不是唯一的。 串联校正：校正装置Gc(s)串联在前向通道中。简单、易实现，一般放在能量较低的部位，多采用有源校正网络。 + - 给定元件 串联校正装置 Gc(s) 原有部分 G0(s) 反馈装置 输出信号 输入 信号r(k) c(t) 校正方式 反馈校正：从系统的某一环节中引出反馈信号，通过校正装置构成局部反馈回路。信号是从高功率点流向低功率点，所以一般采用无源网络。 + - 给定元件 反馈校正装置 Gc(s) 原有部分 G0(s) 主反馈装置 输出信号 原有部分1 G1(s) 原有部分2 G2(s) 原有部分3 G3(s) + - 输入 信号r(k) c(t) 校正方式 复合校正：可以全面改善系统性能，结构较为复杂。 定量顺馈补偿的复合校正 按扰动量前馈补偿 + - 给定元件 串联校正装置 Gc1(s) 原有部分 G0(s) 反馈装置 输出信号 + + 顺馈校正装置 Gc2(s) Gf(s) 前馈校正装置 Gc2(s) 扰动 + 输入 信号r(k) c(t) 以相位超前校正为例介绍校正设计方法 相位超前校正装置 若校正装置具有超前的相频特性， 即输出信号的相位超前于输入信号的相位， 则称它为超前校正装置。 相位超前校正装置的形式及其特性 传递函数 ， 相位超前校正装置 相位超前校正装置的形式及其特性 Bode图 频率特性 相频特性 转角频率 ， 20lgα