第6章自动控制系统的校正.pptVIP

本章主要内容 本章介绍了控制系统 校正的基本概念、常 用校正方法和常见校 正装置的特性，主要 阐述了利用频率特性 进行串联引前、滞后、 超前—滞后校正和反 馈校正的原理和基本 方法，同时简要介绍 了前馈校正的原理。 6-1 控制系统控制系统校正概述 根据校正装置在系统中的位置，系统有多种构 形式，如图6-1-1所示。最常见的系统结构如图 6-1-1a，在这中型式中校正装置与被控对象等不 可变部分串联，因此常称为串联校正。在图 6-1-1b中，校正装置设在局部反馈回路中，故称 为反馈校正。为提高性能，也常采用如图6-1-1c 所示的串联反馈校正。图6-1-1d称为前馈补偿或 前馈校正。在此，反馈控制与前馈并用，所以也 称为复合控制系统。 图6-1-1 校正装置在控制系统中的位置 (a)串联校正 (b)反馈校正 (c)串联反馈校正 (d)反馈补偿 6-2 超前补偿 超前补偿网络的特性 通常超前补偿网络指的是具有下述传递函数的网络 Bode图见图6-2-1，相位角为 图6-2-1超前补偿网络Bode图 式(6-2-1 )的超前补偿网络可看成是一个惯性环节与PD控制器相串联，称为惯性的PD控制器。 图6-2-2 最大超前角 超前补偿网络设计 1、设计原理 Go(s) H(s)系统的固有部分，Gc(s)为超前补偿网络。设计后的开环传递函数记为Ge(s) 2、设计步骤 解 1)根据要求的开环放大系数绘制系统归有部分的对数幅频特性图，即 见图6-2-4中的ABC。由图知 ω10的范围内取一点E，对应的频率为ω2，过E点作斜率为-40dB/dec的直线EF。ABDEF就是设计后的对数幅频特性图20lg| Ge |。 6-3 滞后补偿 图6-3-1 滞后补偿网络Bode图 例6-3-1 单位负反馈系统固有部分的开环传递函数为 解 1)由式(6-3-1)，按照指标要求的开环放大系数绘制固有部分的对数幅频特性 3）将20lg|Go |在ω0.5的频段向下平移实现ωc=0.5rad/s。即在0dB线上ωc=0.5的点E，过E 作-20dB/dec的直线至F，点F的角频率ω=1rad/s。过F作斜率为-40dB/dec的直线至ω=2rad/s处，再作斜率为-60dB/dec的直线形成折线EFG。 例6-3-2 待设计系统的开环传递函数为 解 绘出原有系统的开环对数幅频特性20lg|Go|如图6-3-3。其中开环放大系数为0.5。由图知 ωc0=0.5，可计算出相位裕度 可见系统动态性能满足要求，但开环放大系 数太小。 图6-3-3 例6-3-2的Bode图 超前 超前线路图 传递函数 频率特性 滞后 (1) 滞后线路图 传递函数 频率特性 滞后 (2) 滞后线路图 传递函数 频率特性 滞后超前补偿 滞后超前补偿线路图 传递函数 频率特性 滞后补偿 滞后补偿线路图 传递函数 频率特性 超前补偿 超前补偿线路图 传递函数 频率特性 滞后超前补偿 滞后超前补偿线路图 传递函数 频率特性 PID PID线路图 传递函数 频率特性 PD PD线路图 传递函数 频率特性 滞后补偿 滞后补偿线路图 传递函数 频率特性 滞后或超前 滞后或超前线路图 传递函数 频率特性 6-4?? 串联补偿网络的期望幅频特性设计方法 设系统固有的开环传递函数为Go (s)，期望频率 特性对应的传递函数是Ge(s)，补偿网络的传递 函数是Gc(s)，系统框图见图6-4-1，则 因为不考虑相频特性，所以期望频率特性法适 用于最小相位系统。期望频率设计法可按下述 步骤进行： 例6-4-1 设系统固有部分的开环传递函数为 解 由图可得 可见补偿网络是滞后超前网络。 开环放大系数已满足要求。 6-5?? PID控制器简述 提高比例控制器的增益就是提高开环系统的放大 系数。这样可以减少系统的稳态误差，从而提高 控制精度。对于一阶系统，提高Kp还可以降低系 统的惯性。例如，在图6-5-1中，设 比例-微分（PD）控制 控制器的传递函数为 图6-5-3 PD控制规律的信号曲线图 比例-积分（PI）控制器 (6-5-6) PI控制器的传递函数为 (2)稳定性 闭环系统的特征方程为 在式(6-5-8)中，令 可见，PID控制器可以提高系统的开环放大 系数，提高系统型别，从而减小稳态误差， 并可提高响应速度。 （6-4-1） （6-4-2） 图6-4-1 系统框图 图6-4-2 例6-4-1 Bode图 设计系统的开环传递函数Ge(s) 为 比例（P）控制器 图6-5-1控制系统框图 如图6-5-1所示。控制器的输出信号m(t)与输入信号e(t)