自动控制原理第六章控制系统补偿与综合1.ppt

* * 6.1 引言 第六章 控制系统的补偿与综合 12学时 系统分析： 控制系统 性能指标 控制系统 结构和参数 时域分析法、根轨迹法 频域分析法 系统设计： 控制系统 性能指标 控制系统 结构和参数 选择补偿（校正）装置和参数 作业 P244~247 6.1（0.05改为0.01，20化成弧度）(1)(2) 6.2 、6.7、 6.8、 6.11 1、控制对象 尽可能地建立控制对象准确的数学模型。 最初设计阶段，可以对控制对象的数学模型进行适合的，合理的简化。 2、性能指标 位置误差系数 速度误差系数 加速度误差系数 稳态误差指标 时域指标 频域指标 闭环频域指标： 开环频域指标： 经验值： 1.0～1.4 3、系统的补偿 调节、控制 补偿：就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。 工程实践中常用的补偿方法： 串联补偿、反馈补偿和复合补偿。 控制系统的固有部分，其特性为已知 补偿部分 4、系统补偿装置的设计方法 串联补偿和反馈补偿 分析法 综合法 系统的 固有特性 一种 补偿装置 分析和经验 验证 性能指标 选择参数 系统的 固有特性 期望开环系统特性 系统的性能指标 确定补偿装置的结构和参数 6.2 频率响应法串联补偿（校正） 一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前补偿装置，以实现在开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。 ?中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能； ?高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。 ?低频段的赠以满足稳态精度的要求； 频率法对系统进行校正的基本思路(根轨迹增加开环零极点)是：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，即要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点： 1、超前补偿装置 图6.1 RC超前补偿网络 假设该网络输入信号源的内阻为零，输出端的负载阻抗为无穷大，则超前补偿网络的其传递函数为： 分度系数 时间常数 6.2.1 串联超前补偿 时间常数： 分度系数： 说明： （1）采用无源超前网络进行串联 校正时，整个系统的开环增益要 下降 因此需要提高放大器增益加以补偿。 倍。 图6.2 带有隔离放大器的 无源超前校正网络 此时的传递函数： （2）超前网络的零极点分布 （系统增加开环零极点影响系统性能） 故超前网络的负实零点总是位于负实极点之右，两者之间的距离由常数 决定。 由于 可知改变 和T(即电路的参数 超前网络的零极点可在s平面的负实轴任意移动。 )的数值， （3） 的幅频和相频特性 画出对数频率特性如图6.3所示。显然，超前网络对频率在 输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。 之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内 奈氏曲线 参见P145,图5.29（b）T1 =?TT2=T 20dB/dec 图6.3 超前补偿网络对数极坐标图 (6.2.4) 在最大超前角频率处 具有最大超前角 正好处于频率 与 的几何中心 的几何中心为 即几何中心为 最大超前角频率： 求导并令其为零 20dB/dec 但 不能取得太大(为了保证较高的信噪比), 一般不超过20这种超前校正网络的最大相位超前角一般不大于 如果需要大于 串联来实现，并在所串联的两个网络之间加一隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。 的相位超前角，则要在两个超前网络相 ?确定开环增益K后，画出未补偿系统的伯德图， 计算未补偿系统的相角裕度 ?由给定的相位裕量值 计算超前校正装置提供的相位超前量 是用于补偿因超前补偿装置的引入，使系统截止频率增大而引起的相角滞后量。 值通常是这样估计的：如果未补偿系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec，一般取 如果为-60dB/dec则取 用频率法对系统进行串联超前补偿的一般步骤可归纳为： ?根据稳态误差的要求，确定开环增益K。 2、串联超前补偿 ?计算补偿装置在 处的幅值10lg 由未补偿系统的对数幅频特性曲线，求得其幅值为-10lg 处的频率，该频率 就是校正后系统的开环截止频率 。 即 ?确定补偿网络的转折频率 ?画出补偿后系统的伯德图，并计算相位裕度是否满足要求？如果不满足，则需增大 值，从第?步开始重新进行计算。 ?根据所确定的最大相位超前角