第六章控制系统的综合与校正讲解.ppt

第6章 控制系统的 综合与校正 ——用频率响应法 对单输入-单输出、线性定常系统进行设计和校正 性能分析——一个系统，元部件参数已定，分析它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标； 综合与校正——若系统不能全面地满足所要求的性能指标，就要考虑对原系统增加些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标。 　　　被校正对象是指受控对象(如飞行器、车床、锅炉等)和按生产需求或其他因素选定的各种部件(如电机、功率放大装置、传输装置等)所构成的整体，是控制系统的既定部分。串联校正和反馈校正会影响系统的特征方程，合理设计可以大幅度提高系统性能，应用普遍。选择哪种校正方式，取决于系统结构、采用元件等，也可将两种方式结合起来。 　　　频率法校正控制系统是一种间接设计方法，设计结果满足的是频域指标。伯德图可以清楚显示系统的幅相频率特性，虽然不能严格定量地给出系统动态性能，但却能方便地确定校正装置的参数，所以通常采用伯德图作为系统校正的设计工具。通过 加入校正环节改变系统的伯德图形状，使之具有合适的高频、中频和低频特性，得到满意的闭环品质。典型伯德图对数幅频特性曲线如图6.1.3所示： 自动控制系统的典型伯德图 图6.1.3 自动控制系统的典型伯德图 其三个频段的特征主要包括： (1) 低频段的斜率陡、增益高，对应系统稳态精度高； (2) 中频段穿越0dB线(即横轴)的对数幅频特性曲线斜率为-20dB/dec，而且这一斜率应有一定的延伸段，对应系统的稳定性好； (3) 穿越0dB线对应的剪切频率wc越高对应系统的快速性好； (4) 高频段衰减越快，即高频特性分贝值越低，对应系统抗高频干扰的能力强。 6.2串联校正 超前校正 滞后校正 滞后-超前校正 PID调节器 超前校正 1、超前网络 2、超前校正的作用 　例6.2.1控制系统校正前传递函数为 　 原系统伯德图如图6.2.2标号I线所示，要求校正后的系统相位裕度 。校正后系统伯德图如图6.2.2标号II线所示，试确定串联超前校正装置传递函数Gc(s)，校正后传递函数GII(s)；并分别求出校正前后的系统相位裕度。 　解：近似计算校正前系统剪切频率，有 　所以 　其相位裕度为 　相位裕度不满足要求。 例6.2.1系统校正前后伯德图 所以 其相位裕度为 所得结果满足系统相位裕度的要求。可以看出超前校正增大剪切频率 ，改善快速性；增加相位裕度，改善稳定性；但对低频特性无影响，对稳态精度的作用很小。 滞后校正 1、滞后网络 2、滞后校正的作用 滞后-超前校正 1、滞后-超前网络 实际上，简单RC网络放大倍数不可能大于1，并常因负载效应的影响而削弱了校正的作用，或使网络参数难以选择，故目前在实际控制系统中，多采用以运算放大器组成的有源校正部件，参看教材226页，表7-1。 例6.2.2 设单位反馈系统开环传递函数为 现加入滞后—超前串联校正环节如下式 试画出校正前、后系统的开环伯德图，分析校正前后稳定裕度的变化，及系统各项性能的变化。 其伯德图如图6.2.9中的I所示。 校正后系统的开环传递函数为 其伯德图如图6.2.9中的II所示。 校正前系统的剪切频率为 计算可得 相位裕度小于零，所以原系统并不稳定。 校正后系统的剪切频率近似计算为 推出 校正后系统相位裕度大于零，接近50o，稳定性增强；剪切频率下降，快速性有所下降；稳态速度误差系数保持10不变，稳态精度不受影响。 PID调节器 1、P调节器 2、I调节器 3、D调节器 4、PID调节器 如：PI调节器 PD调节器 PID调节器 常用PID控制器的作用及其与串联校正的对应关系见表6.2.1。 关于串联校正元件参数的确定，要从具体系统原有部分的特性和给出的性能指标两方面进行综合分析。 6.3反馈校正 反馈校正可以理解为现代控制理论中的状态反馈，在控制系统中得到广泛应用，常见的有被控量的速度、加速度反馈、执行机构的输出及其速度的反馈；以及复杂系统的中间变量反馈等。 在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电枢电流等，都可作为反馈信号源，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感器，如测速发电机、加速度传感器、电流互感器等。 从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有其突出的特点： 一、它能有效地改变被包围环节的动态结构和参数； 二、在一定条件下，