自动控制理论第二十三讲.ppt

自动控制理论 第六章 线性系统的校正 CHANG’AN UNIVERSITY 长安大学电子与控制工程学院 第二十三讲 常用校正装置和校正依据 主要内容 第三节 常用校正装置及特点 一、无源校正装置与有源校正装置的特点 二、无相移校正装置 三、相位超前校正装置 四、相位滞后校正装置 五、相位滞后—超前校正装置 第四节 校正装置设计的方法和依据 一、设计方法 二、设计依据和一般步骤 三、频域性能指标的确定 四、频率特性设计方法 第三节 常用校正装置及特点 校正装置 无源校正装置 有源校正装置 无相移校正装置 相位超前校正装置 相位滞后校正装置 相位滞后—超前校正装置 无相移校正装置 相位超前校正装置 相位滞后校正装置 相位滞后—超前校正装置 P PD PI PID P PD PI PID 一、无源校正装置与有源校正装置的特点 无源校正网络：阻容元件 优点：校正元件的特性比较稳定。 缺点：由于输出阻抗较高而输入阻抗较低，需要另 加放大器并进行隔离;没有放大增益，只有衰减。 有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器 优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。 缺点：特性容易漂移。 二、无相移校正装置（比例控制） 1、传递函数 2、实现形式 无源网络 放大器 3、Bode图 三、相位超前校正装置（PD校正） 1、传递函数 2、实现形式 采用阻容网络实现PD校正装置时α的取值 1）受超前校正装置物理结构的限制； 2）α 太小，通过校正装置的信号幅值衰减太严重。 近似地实现PD控制 实用PD控制电路 一般取α 1/ 20 几点说明： 3、Bode图 整个系统的开环增益下降 ?为满足稳态精度的要 求，必须提高放大器的增益予以补偿。 近似PD校正装置在整个频率范围内都产生相位超前。 ?相位超前校正。 串联校正时 转角频率1/T，?/T的几何中点 α ↓ ? ?m ? α=1/20时， ?m?65° 高通滤波特性，α值过小对抑制系统高频噪声不利。 相位超前? 系统带宽? 动态性能? 噪声? 为保持较高的系统信噪比，通常选择α＝1/10(此时?m=55°)。 最大超前角 使中频段抬升 在1/T 和1/ ? T间引入相位超前 四、相位滞后校正装置（PI校正） 1、传递函数 2、实现形式 3、Bode图 在整个频率范围内相位都 滞后，?相位滞后校正。 转角频率1/βT，1/T的几何中点。 开环对数幅频特性的中高频部分? ? 增益交界频率? ? 稳定裕量? 串联校正时 开环对数幅频特性的低频部分? ? 稳态精度? β越大，相位滞后越严重。 应尽量使产生最大滞后相角的频率ωm远离校正后系统的幅值穿越频率ωc，否则会对系统的动态性能产生不利影响。常取 对于稳定的系统 提高稳态准确度，1/T 和1/βT向左远离?c，使?c附近的相位不受滞后环节的影响。 对于不稳定的系统 增益降低使得?c减小。 滞后校正装置实质上是 一个低通滤波器，它对低频信号基本上无衰减作用,但能削弱高频噪声， β越大，抑制噪声能力越强。通常选β=10左右。 五、相位滞后—超前校正装置（PID校正） 1、传递函数 2、实现形式 滞后-超前校正 滞后-超前校正 前半段是相位滞后部分, 在低频段提高增益，以改善系统的稳态性能。 后半段是相位超前部分,可以提高系统的相位裕量,加大幅值穿越频率，改善系统的动态性能。 3、Bode图 第四节 校正装置设计的方法和依据 一、设计方法 控制系统设计的内涵：根据系统性能指标要求确定控制器的结构形式和参数，并实现之。 1、根轨迹设计方法 系统性能指标 闭环主导极点位置 系统参数根轨迹 加入校正装置 主要问题： (1)、设计何种控制规律 (2)、过程复杂 2、频率特性设计方法 系统性能指标 期望的频率特性 系统固有部分频率特性 加入校正装置 系统固有部分传递函数 优点： （1）、开环频率特性图容易绘制?简便 （2）、系统结构参数与系统性能关系清晰?直观 二、频率特性设计方法的一般步骤 （1）绘制固有部分的开环伯德图 （2）列出控制系统需要满足的性能指标 （3）校正后的开环伯德图（期望开环频率特性） （4）求出校正装置的伯德图 （5）求出校正装置的传递函数 （6）确定校正装置的结构和参数 三、性能指标的确定 1、控制系统的主要性能指标 (1)以系统的单位阶跃响应为基础而提出的性能指标 上升时间tr、超调量Mp、调节时间ts (2)以系统闭环频率特性为基础而提出的性能指标 谐振峰值Mr、谐振频率ωr、带宽ωb (3)以系统开环频率特性为基础而提出的性能指标 系统开环伯德图的剪切频率ωc 系统的增益裕度Kg、相角裕度?(?c) 三组性能指标不是各自独立,可以混