〔自动控制原理〕系统校正.ppt

* * 一、性能指标 时域性能指标 上升时间 调整时间 超调量 位置误差系数 速度误差系数 加速度误差系数 频域性能指标 谐振峰值 谐振频率 频带宽度 增益交界 频率 第六章 线性系统的校正方法 第一节 系统的设计与校正问题 二、设计方法 设计方法 时域特性 设计法 根轨迹特性 设计法 频率特性 设计法 要求系统稳定，则系统 的全部闭环极点位于复 平面的左半平面 要求系统快速性，则 闭环极点应远离虚轴 要求系统的超调小且快速 性好，则应使复极点位于 线上 修改参数使根位于理想区域 频率特性 设计法 低频段—位置较高、斜率较大—稳态精度高 中频段—以20dB/dec穿越0dB线，并占有一定的宽度，增益交接频率不能小于某 值，保证系统的调整时间小于某值 高频段—斜率要大—系统的抗高频干扰能力 强 闭环极点的期望区域 dB 低 中频段 高频段 期望的开环对数频率特性规律 三、校正 1、校正的目的 1）系统的设计过程 给定性能指标 设计每一环节 构成整个系统 满足性能指标 Y 设计结束 N 调整系统特性、参数 满足性能指标 Y 加入校正环节 满足性能指标 N 2）举例说明 某单位反馈系统的开环传函为 当单位斜坡输入信号作用于该控制系统时，要求系统的稳态 误差不超过1%，同时希望系统的相角裕度 。 解： 程序： den=1;num=conv([1 0],conv([1 1],[1 80])); sys=tf(den,num) rlocus(sys) rltool(sys) 进行根轨迹分析 可知当 系统进入不 稳定区域 如何解决？ 加入校正 装置 2、校正方式 1）串联校正 2）并联校正 3）反馈校正 - - + - - 校正环节 校正环节 校正环节 4）前置校正 - 校正环节 5）干扰补偿校正 + - 校正环节 第三节 串联校正 1、相位超前校正 C u2 R1 R2 u1 1）相位超前校正装置原理图 2) 装置传函 其中 3）装置的频率特性 （1）相频特性 即：装置为一相位超前装置 （2）幅频特性 即：相当于在前向通道中加入了一衰减器 此时系统的稳态误差增加 （3）解决方案： 前向通道中加入一放大器 （4） 补偿后的频率特性方程 （5）补偿后校正装置的波德图 m w ) ( L w w +20 T 1 - T a 1 - w ) ( w F m F T a 1 校正后使 为系统 的剪切频率 使校正后的系统获得 最大的相角稳定裕度 使校正后系统的 （6）相位超前校正装置的应用 某单位反馈系统的开环传函为 若要求系统的静态速度误差系数 ，相角稳定裕度 ，幅值裕度 ，试设计系统的RC相位超前 校正装置。 解： 1、根据稳态误差系数确定开环增益K =100 2、绘制系统的波德图，并计算系统的相角，幅值稳定裕度 程序：den=100;num=conv([1 0],[0.1 1]); sys=tf(den,num) bode(sys) [Gm,Pm,Wg,Wc]=margin(sys) 3、MATLAB命令窗口： [Gm,Pm,Wg,Wc]=[inf，18，inf，30.8] (4)仿真图 (5) （6）如何提高系统的相角裕度？ 加入RC相位超前校正装置使 m w ) ( L w w +20 T 1 - T a 1 - w ) ( w F m F T a 1 高通滤波器 可知当 时，超前校正装置的幅值为： （7）如何得到最佳的相位超前效果？ （8）如何做到 （9）取此时的 为 绿色为校正装置 蓝色为原系统 红色为校正后系统 （10）超前校正装置的传函 （11）研究已校正的波德图，检查各项性能指标是否满足要求 如不满足重新选择 ，重复（6）~（10）步骤。 2、相位滞后校正 1）相位滞后校正装置原理图 u2 C R1 R2 u1 2)装置传函 其中 3）装置的频率特性 （1）相频特性 即：装置为一相位滞后装置 （2）幅频特性 此时系统的稳态误差不变 （3）校正装置的波德图 低通滤