6.机械工程控制基础(系统的性能指标与校正)讲稿.ppt

图6-1 系统带宽的选择 噪声 输入信号 校 正 方 式 串联校正 反馈校正 校正装置 校正装置 顺馈校正 复合校正 顺馈校正 复合校正 (b)顺馈校正（对扰动的补偿） (a)顺馈校正（对给定值处理） (b) 按输入补偿的复合控制 反馈校正 不需要放大器，可消除系统原有部分参数波动对系统性能的影响 串联校正串联校正装置有源参数可调整 在性能指标要求较高的控制系统中，常常兼用串联校正和反馈校正 一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。 6.2 常用校正装置及其特性 无源校正网络 超前校正 有源校正网络 1.无源超前校正 滞后校正 滞后超前校正 先讨论超前校正网络的特性，而后介绍基于频率响应法的超前校正装置的设计过程。 假设该网络信号源的阻抗很小，可以忽略不计，而输出负载的阻抗为无穷大，则其传递函数为 图6-8无源超前网络 时间常数 分度系数 (6-18) (a) (b) 与课本上形式不同而已! 时间常数 分度系数 (6-18) 注：j采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降 因此需要提高放大器增益加以补偿 (6-19) 倍 图6-9带有附加放大器的无源超前校正网络 此时的传递函数 ?超前网络的零极点分布 故超前网络的负实零点总是位于负实极点之右，两者之间的距离由常数 决定。 可知改变 和T(即电路的参数 超前网络的零极点可在s平面的负实轴任意移动。 由于 )的数值， 采用上述阻容网络实现PD校正装置时，?i的取值一方面受到超前校正装置物理结构的限制，另一方面?i 太大，通过校正装置的信号幅值衰减太严重，一般取?i ? 20。 故该阻容网络只能近似地实现PD控制。该网络通常也被称为实用微分校正电路。 机械网络 xo(t) xi(t) K1 K2 C1 近似PD校正装置的特性 采用近似PD校正装置进行串联校正时，整个系统的开环增益将下降 ?i 倍。为满足稳态精度的要求，必须提高放大器的增益予以补偿。若该增益衰减量已通过放大器进行了补偿，则近似PD校正装置的频率特性可写为： 转折频率： , Lc(?)/dB ?c(?) ? (rad/s) 0° 40° 80° -30 -20 -10 0 ?i = 20 ?i = 2 ?i = 5 ?i = 10 ?i = 20 ?i = 10 ?i = 5 ?i = 2 20lg?i +20 ?m ?1=1/T1 ?2=?i /T1 ?m 10lg?i 从Bode图可见，近似PD校正装置在整个频率范围内都产生相位超前，故也称之为相位超前校正。其超前的相位角为： 令： 可求出最大超前相角对应的频率： 易见： 在对数坐标中，则有： 即：?m是两个转折频率?1和?2的几何中心。 最大超前相角： 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 50 60 70 ?i ?m° 由图可见，?i越大，?m就越大，即相位超前越多。当?i等于20时，所能获得的最大超前角约为65?。 相位超前校正装置具有高通滤波特性，?i 值过大对抑制系统高频噪声不利，因此，在选择?i值时，还需要考虑系统高频噪声的问题。为了保持较高的系统信噪比，通常选择?i＝10左右较为适宜，此时，所能获得的最大相位超前角约为55?。 2、PI控制规律的实现 PI校正装置 A C2 R1 R2 uo(t) ui(t) 近似PI校正装置 C2 R1 R2 uo(t) ui(t) xo(t) xi(t) K2 C1 C2 对阻容网络： 对机械网络： 当?j 1时 近似PI校正装置的特性 其中， 转折频率： Lc(?)/dB ?c(?) ? (rad/s) 0° -40° -60° -20° ?m ?1=1/(?jT2) ?2=1 /T2 ?m -20 -30 -20 -10 0 -80° 20lg?i ?j = 2 10lg?i ?j = 5 ?j = 10 ?j = 20 ?j = 2 ?j = 5 ?j = 20 ?j = 10 由Bode图可见，该校正装置在整个频率范围内相位都滞后，故近似PI 校正也称为相位滞后校正。其滞后的相角为： 令： 可求出最大滞后相角对应的频率为： 即：?m是两个转折频率?1和?2的几何中心。 最大滞后相角： ?j ?m° 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10