自动控制原理胡寿松第六版第六章.ppt

§6-3 串联校正 §6-4 反馈校正 §6-1 系统的设计与校正问题 §6-2 常用校正装置及其特性 第六章 §6-5 复合校正 §6-1 系统的设计与校正问题 1.性能指标 2.系统带宽的确定 3.校正方式 4.基本控制规律 性能指标 时域指标 频域指标 超调量 调节时间 二阶系统指标计算 谐振峰值 谐振频率 带宽频率 截止频率 相位裕度 幅值裕度 二阶系统指标计算 高阶系统时域频域指标关系 关于系统指标的说明 性能指标是系统设计的基础 性能指标应根据系统实际需要，以满足要求为准 系统实际需要应综合考虑，动态、静态、平稳性等 系统带宽的确定 系统校正，多在频域进行，系统带宽是一个重要指标。 系统带宽选择应综合系统的跟随性和抗干扰性能。较宽的频带，系 统的响应快，跟随性好，但易受外界干扰的影响；而频带窄，不 易受干扰影响，但跟随性差。 系统要求一般体现在系统输入信号的频率范围，一般将带宽频率选 定在 ，其中 为输入信号的最大频率。另外要 求带宽频率小于干扰信号的频率。 上述频率设定，是一种理想的方案，实际系统干扰往往很复杂，各 种频率分量的干扰都会出现，应综合考虑，必要时要设计针对某 种频率范围的干扰的滤波器。 校正方式 校正方式有串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。 反馈校正 串联校正 对象 控制器 输入量 输出量 前馈 校正 对象 控制器 输出 量 干扰输入 输入 量 输出 量 对象 控制器 前馈 校正 反馈校正 串联校正 前馈校正 对象 控制器 输入量 输出量 干扰输入 基本控制规律 校正装置的输入输出关系。常用的有：比例P、微分D、积分I及它 们的组合。 比例（P）控制规律 校正装置是一比例环节 比例—微分（PD）控制规律 例6-1：设系统如图，分析PD控制器 对系统性能的影响。 解：若没有PD校正，系统的 闭环传递函数为 增加PD校正后，系统的闭环传递函数为 效果：1）增加了阻尼；2）增加了一个 闭环零点；3）不影响稳态误差。 积分（I）控制规律 一般很少单独使用。 比例—积分（PI）控制规律 一般很少单独使用。 例6-2：设系统如图，分析 PI控制器对系统性能的 影响。 解：无PI校正的开环 有PI校正的开环 效果：1）系统阶次增加；2）稳定 性（阻尼）变差；3）系统型别增 加，改善了稳态性能。 比例—积分—微分（PID）控制规律 综合PI与PD校正的特点。 若上例采用PID控制，则根轨迹为 §6-2 常用校正装置及其特性 1.无源校正网络 2.有源校正装置 3.PID控制器 零极点分布 无源校正网络 由RLC电路构成的校正装置。 无源超前网络 右图电路的传递函数为 其中： 称为分度系数， 称为时间常数 图示网络将使开环增益下降，使用时常需另加放大器，保持增益。 超前校正： 最大超前角计算 极值点 ，即极值点在 和 的几何中心。 最大超前角 超前校正特点： 不影响稳态及低频性能； 高频增益变大，会增大截止频率； 不改变低频与高频的相角； 使中频段的相位超前（超前校正的名称来源），幅值 也有变化。 无源滞后网络 右图电路的传递函数为 零极点分布 其中： 最大滞后频率 最大滞后角 滞后校正特点： 不影响稳态及低频性能； 中频增益变小，会减小截止频率； 不改变低频与高频的相角； 使 处有较大的相位滞后（滞后校正的名称来 源），幅值也有变化。 无源滞后—超前网络 右图电路的传递函数为 其中： 设 则 表6-1 常见的无源 校正网络 有源校正装置 用运算放大器来构成的校正装置，由于装置工作时，除了连接输入 和输出端外，换需外接电源（功率源），称为有源装置。 同样的校正装置，可以用无源网络也可用有源网络来实现，从功能 而言，没有差别。 有源网络可减小负载效应、工作更加稳定、参数调整方便，性能要 优于无源网络。 表6-2 常见的有源 校正装置 PID控制器 PID控制器是将PID校正装置做成的产品，用于各种工业控制系统中 作为一个产品，PID控制器应具有的功能：1）系统定值信号和测量 信号的接入端；2）系统定值信号的产生部件；3）手动与自动的 切换；4）PID参数的的设定部件。 §6-3 串联校正 1.频率响应法校正设计 2.串联超前校正 3.串联滞后校正 4.串联滞后—超前校正 5.串联综合法校正 6.串联工程设计方法 频率响应法校正设计 在经典控制理论中，频率域综合方法是最常用、有效的一种方法。 校正装置设