自动控制原理(梅晓榕)5-B讲述.ppt

5.6 开环频率特性与控制系统性能的关系5.6.1 控制系统的性能指标 时域指标 稳态指标：稳态误差 ，误差度v，开环放大系数K。 动态指标：过渡过程时间 ，最大超调 ，上升时间 ，峰值时间 ，振荡次数 N。 频域指标 开环指标：幅值穿越（剪切）频率 ，相位裕度γ ，幅值裕度 。 闭环指标：闭环谐振峰值 ， 谐振频率 ，截止频率 。 闭环幅值 5.6.2 二阶系统性能指标间的关系 准确关系式 阻尼大小： 响应速度： 5.6.3 高阶系统性能指标间的关系 经验公式 5.6.4 开环对数幅频特性与性能指标间的关系 最小相位系统。 研究开环对数幅频特性。设最低的转折频率是 。 低频 直线，斜率-20v dB/dec ，通过 及 开环对数幅频特性的低频段反映稳态性能。 中频段，穿越频率 附近。穿越频率大，速度快。 例 最好以-20dB/dec过 0 dB线。 高频段，衰减快。 5.7 控制系统设计的初步概念 系统设计：选择系统的结构、元部件、补偿元件和线路，设计补偿网络的参数，使系统满足指标。 控制原理的系统设计：选择补偿方法，设计补偿网络的传递函数。也称校正、综合。 基本方法：设计开环对数 幅频特性。低频段满足放大 系数和型别。中频段穿越频 率足够宽，以-20dB/dec过 0dB线并保持足够长度。 高频段不特殊设计。 5.8 PID控制器简述5.8.1 比例（P）控制器 放大器 提高开环放大系数。 提高开环放大系数能减小稳 态误差。由Bode图知，对数幅 频特性向上平移，可提高频带 宽度（提高响应速度）， 但也可减小稳定裕度甚至 使系统不稳定。 5.8.2 比例微分（PD）控制 一阶微分环节 放大倍数增加，相位裕度增加，减小振荡。 减小稳态误差，提高稳定性，或使稳定性不变。 5.8.3 积分（I）控制器 积分环节 提高系统型别，减小误差。相位角是-90o，减小相位裕度，甚至使系统不稳定。 5.8.4 比例积分（PI）控制器 可以在保证稳定性的基础上提高系统型别和开环放大系数，从而减小稳态误差。 例5-8-1 解 1）稳态性能。 加P控制器后是1型，加PI控制器后是2型。 2）稳定性。 例 5-8-2 解 P控制器，闭环稳定。 PI控制器， 时闭环稳定 5.8.5 比例积分微分（PID)控制器 提高开环放大系数，提高型别，从而减小误差，提高响应速度。 可使相位裕度增加，有利稳定，减弱振荡。 广泛应用。 5.9 超前补偿 超前补偿网络具有正的相位角。如PD控制器。 5.9.1超前补偿网络的特性 5.9.2 超前补偿网络设计 1.设计原理 对数幅频特性 2.设计步骤 1)绘制固有(待设计)部分开环幅频特性 。 2)确定设计好的系统应满足的频域指标 等。 3) 若 在要求的 频段为-40dB/dec，可用超前补偿。 4)绘制补偿后的对数幅频特性图 及补偿网络对数幅频特性图 ，并求出补偿网络数 。 5)校核设计后的系统是否满足指标要求。 例5-9-1 单位负反馈系统固有部分传递函数 。设计超前补偿网络。 解 1)K=20，绘制固有部分的对数幅频特性图，见图中ABC。 2)设计后系统γ 50°，对 没有要求。 3) 4)求补偿网络参数。 以-20dB/dec过0dB线。 5)校核 超前补偿提高带宽和响应速度。 5.10 滞后补偿 滞后补偿网络：负的相位角，如I控制器和PI控制器。 5.10.1 滞后补偿网络的特性 5.10.2 滞后补偿网络设计 1.设计原理 1)利用对数幅频特性 中、高频段的衰减作用，使补偿后系统的对数幅频特性曲线以-20dB/dec 的斜率通过0dB 线，同时保证低频段的Bode图不变。 2)利用Bode图 在低频段的放大作用提高系统的开怀放大系数，减小稳态误差，改善稳态性能，同时不改变中、高频段的Bode图，对系统的动态性能改变很小。此法适用场合是系统穿越频率和相角裕度符合要求，但精度不符合要求 。 滞后补偿使系统的相角裕度减