6-1系统设计与校正问题.ppt

解：由稳态误差要求，可得K 必须大于100 ： * 控制系统的校正问题与前面讲解的分析问题既有联系又有差异： 分析问题：是在已知控制系统的结构形式与全部参数的基础上，求取系统的各项性能指标，以及这些性能指标与系统参数间的关系。 校正问题：是在给定系统不可变部分的基础上，按系统应有的性能指标，寻求全面满足性能指标的校正方案，并合理确定校正元件的参数。 校正装置的选择及其参数整定的过程，称为自动控制系统的校正问题。 6-1 系统的设计和校正问题 第六章 线性系统的校正方法 校正的作用举例： 研究下述例子，可知校正的作用。 设单位反馈系统的开环传递函数为 ： 要求控制该过程在单位斜坡输入时，系统的稳态误差不超过1%。 另一方面，利用Routh判据，其闭环特征方程为: Routh 表 可知系统稳定的条件是 0 K 81。 可见，稳定性与稳态误差成为了一对矛盾，但如果在系统中适当的位置加入一些参数及特性可按需要改变的校正装置，使其稳定且稳态误差小于 0.01，则可以解决这对矛盾 。这个工作就称之为校正。 1 性能指标 时域指标 稳态： 型别、静态误差系数、误差 动态： 超调、调整时间 频域指标 开环频率、闭环带宽、谐振峰值、谐振频率 增益、穿越频率、幅值裕度和相位裕度 二阶系统频域指标与时域指标的关系 谐振频率 带宽频率 截止频率 相位裕度 (6-5) 谐振峰值 (6-1) (6-2) (6-3) (6-4) 超调量 调节时间 (6-7) (6-6) 谐振峰值 超调量 调节时间 (2)高阶系统频域指标与时域指标 (6-8) 图6-1 系统带宽的选择 噪声 输入信号 2 系统带宽的选择 ) ( w L w b w 3 0 w M w 1 w n w ) ( w j F ) ( w j R ) ( w j N ) 0 ( j F ) 0 ( 707 . 0 j F 1.既能以所需精度跟踪输入信号，又能拟制噪声扰动信号。在控制系统实际运行中，输入信号一般是低频信号，而噪声信号是高频信号。 系统带宽的要求 如果输入信号的带宽为 则 2.为使系统能准确复现输入信号希望带宽大点，但为了抑制噪声又希望带宽小点。此外，为使系统有较高的稳定裕度希望开环对数幅频特性在中频区(在0dB线上30dB，下15dB的频段，也即截止频率附近)斜率为-20dB/dec，高频区应迅速衰减。 3.开环对数相频特性，相角裕量为300~700，一般取450。太低则动态性能以及对参数变化的适应能力都较差；太高则对系统部件要求较高，且动态过程缓慢。 4.开环传递函数在 ω→0 时，幅值愈大系统的稳态性能愈好。 校 正 方 式 串联校正 反馈校正 前馈校正 复合校正 3 校正方式 串联校正 校正装置串联在系统固有部分的前向通路中，称为串联校正。为减小校正装置的功率等级，降低校正装置的复杂程度，串联校正装置通常安排在前向通道中功率等级最低的点上，即一般接在系统误差测量点之后和放大器之前。 串联校正装置 反馈校正 反馈校正装置 由于反馈校正装置的输入端信号取自于原系统的输出端或原系统前向通道中某个环节的输出端，信号功率一般都比较大，因此,在校正装置中不需要设置放大电路，有利于校正装置的简化。但由于输入信号功率比较大，校正装置的容量和体积相应要大一些。 前馈校正 (b)前馈校正（对扰动的补偿） (a)前馈校正（对给定值处理） （a）相当于对给定信号进行整形或滤波后，再送入反馈系统；（b）的前馈校正装置接在系统可测扰动作用点和误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，并经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道。 复合校正 + - - + R ( s ) E ( s ) N ( s ) C ( s ) ) ( 2 s G ) ( 1 s G ) ( s G n (a) 按扰动补偿的复合控制 (b) 按输入补偿的复合控制 ) ( s R ) ( s G ) ( s E ) ( 1 s G ) ( s G ) ( 2 s G ) ( s H ) ( s C ) ( s G c + 在工程应用中，究竟采用哪一种连接方式,这要视具体情况而定。一般来说，要考虑的因素有：原系统的物理结构，信号是否便于取出和加入，信号的性质，系统中各点功率的大小，可供选用的元件，还有设计者的经验和经济条件等。 但由于串联校正-设计简单，而反馈校正-所需元件少， 信号从高往低传送，不需要放大器，可消除系统原有部分参 数波动对系统性能的影响，因此在控制系统设计中常用的校 正方式为：串联校正和反馈校正。 4 基本控制规律 校正装置都是由具有一定控制规律的装置组