自动控制理论——控制系统的校正.ppt

第6章 控制系统的校正 6-1 引言 6-2 串联超前校正 6-3 串联滞后校正 6-4 滞后超前校正和PID校正 6-5 反馈校正 6-6 复合校正 6-1 引言 4、用什么校正？ 校正装置——为了改善系统性能，引入的附加装置叫作校正装置，也叫补偿器； 校正装置可以是电气的、机械的、气动的、液压的或其他形式的元件组成； 电气的校正装置分为有源的和无源的两种，应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。 5、一般有哪些校正方法？ 6、方案选择 技术性能、经济指标、可靠性等方面进行全面比较，权衡利弊，得到方案。 提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元件、放大器等。 对应上面三种情况的BODE图： 6-2 串联超前校正 2、超前校正环节的频率特性 3、超前网络的作用 原系统BODE图中-7.78对的频率为55 超前校正装置对系统性能有如下影响： 1、减少了开环频率特性在幅值穿越频率上的负斜率，提高了系统的稳定性； 2、减小了阶跃响应的超调量； 3、增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角和相角裕度； 4、提高了系统的频带宽度； 5、不影响系统的稳态性能； 上述内容可以归纳为：两少，两高，一不变。 应用超前校正的几个限制条件： 1、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导致系统不稳定） 2、原系统在穿越频率附近相角迅速减小的系统不适用该校正方法 6-3 串联滞后校正 滞后校正环节的BODE图如图所示： 由BODE图得系统的最大滞后相角： 在第一个转折频率后，对数特性的幅值和相角都为负值，因此作为校正环节使用时不仅可以增大系统的滞后相角，而且能减小在一定频率范围中的对数幅值。 例：设一单位反馈系统的开环传递函数为 要求相角裕度 ，设计校正环节。 首先画出 时的BODE图，由图可知相角裕度只有25度，即 。 采用滞后网络进行校正目的是要增大相角裕度。对于原系统 这时相角裕度 采用相位滞后网络校正系统的步骤为： 1、由对稳态误差要求确定开环增益K； 2、画出未校正系统BODE图； 3、在未校正系统Bode图中确定与要求的相角裕度对应的频率； 4、计算上述频率对应的幅值，计算将其衰减到0需要的 。 5、确定两个转折频率： 6-4 滞后超前校正与PID校正 超前校正可以满足将系统的上升时间和超调减少，但加大了系统的频带宽，使系统变得敏感，容易受噪声影响； 相位滞后校正能减少系统的超调量提高系统的稳定性，但频带变窄，响应速度变慢； 兼顾上述两种方法的优点，可以产生滞后超前校正网络。 一、滞后超前网络 二、PID校正： 小结 超前校正利用网络的相位超前特性对系统进行校正，而滞后校正实际上利用网络幅值的高频衰减特性； 滞后校正虽能改善系统的静态精度，但使系统的频带变窄，响应速度变慢；如果要求系统在校正后既有快速性又有稳态精度，应采用滞后超前校正； PID调节器是一种有源校正网络，它获得了广泛的应用，其整定方法要有所了解。 6-5 反馈校正 基本思路:用反馈校正装置去包围原系统中影响动态性能提高的某些环节，构成一个内环，使得在反馈校正起作用时，内环特性主要取决于引入的反馈校正装置，而与系统中被包围部分的环节特性几乎无关，通过适当选取反馈校正装置的结构和参数，即可获所需的内环特性，从而使校正后系统动态性能满足指标要求。 6-6 复合校正 引言 串联超前校正 串联滞后校正 滞后超前校正和PID校正 反馈校正 复合校正 滞后校正分析： 利用滞后网络对系统进行校正对其性能有如下影响： 1、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的值，使幅值穿越频率减小，而在穿越频率附近保持相频特性不变； 2、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能力，从而可以降低系统的稳态误差； 3、在穿越频率处系统-20dB/dec过0dB线，谐振峰值变小，稳定性变好； 4、穿越频率减小，系统频带宽度减小，系统上升时间加长。 适用对象： （1）原系统动态性能已满足要求,而稳态性能较差 （2）对系统快速性要求不高，而抗干扰性能要求较高 的系统； 缺点：降低了系统的快速性 网络的传递函数： 其中： 校正后系统的单位阶跃响应曲线对比 校正后系统的单位速度响应曲线对比 传递函数为： 按参考输入前馈补偿的复合控制 按参考输入前馈补偿的复合控制 前馈控制器的传递函数为 全补偿条件 按扰动前馈补偿的复合控制 扰动补偿控制器的传递函数为 对扰动误差的全补偿条件 本章小结 * 1、系统校正 被控对象确定后，根据要求的控制目标，对 控制器的进行设计的过程叫作系统校正。 2、控制