自动控制课件第6章..ppt

1. 系统的校正是指当调整系统的参数不能同时满足系统的各项性能指标要求时，需要在系统中增加新的装置（元件或环节），以改变系统的结构，从而改善系统性能的方法。在系统校正中引入的新增装置称为校正装置。 2. 根据校正装置在系统中的连接方式不同，校正可分为串联校正、并联校正（反馈校正和顺馈校正）、以及PID校正。根据校正原理的不同，校正可分为超前校正、滞后校正及滞后-超前校正。 3. 串联超前校正装置在系统中的作用是利用该装置的相位超前，来提高系统的稳定裕量，从而改善系统的稳定性；校正后的穿越频率变大，提高系统的快速性，但降低系统抗高频干扰的能力。当采用无源RC网络来实现校正作用时，为消除其低频衰减对系统稳态性能的影响，应在系统中加入相应的附加放大器。 PD控制器就是一种超前校正装置。 4. 串联滞后校正实际上利用其高频衰减使系统的幅值截止频率下降、稳定裕量提高，从而提高系统的稳定性；或者在保持系统瞬态性能变化不大的情况下，提高低频增益，从而提高系统的稳定性。虽能改善系统的静态精度，但该装置的负相移对系统稳定性有不良影响，高频增益的衰减使系统的频带变窄，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。PI控制器就是一种滞后校正装置。 5. 串联滞后-超前校正综合了滞后和超前的优点，利用校正装置的超前部分，改善系统的动态性能，利用校正装置的滞后部分，改善系统的稳态精度。PID控制器就是一种滞后-超前校正装置。 解 ：（1）根据稳态误差确定开环增益 K，因为是Ⅰ型系统，所以 则未校正前系统的开环传递函数为 幅频特性： 相频特性： （2）画出未校正系统的开环Bode图 求得 ，此时的相位裕量为 不满足要求。 （3）确定校正后的幅值穿越频率 当相位角为 时对应的频率为 此时 满足相位超前角 的要求。 （4）确定校正装置滞后部分的传递函数。 （5）确定校正装置超前部分的传递函数 为了减小滞后校正装置部分的相位滞后对相位裕度的影响，令第二个转折频率为 求得 取 校正后滞后部分系统的传函 取校正系统在 处的幅值为 要使得此频率为校正后的穿越频率，需校正装置在此处的幅值为 ，根据超前装置的特点，过 作斜率为 的直线，确定超前装置的转折频率 校正装置超前部分的传递函数为： （6） 滞后-超前校正装置的传递函数为 校正后相位裕度约 ，幅值裕度 ，满足要求。 （7）校正后系统的传递函数为 系统的动态和稳态性能都有待改善时，单纯用超前或滞后校正难以奏效，采用滞后-超前校正效果较好。 利用校正装置的滞后特性改善系统的稳态性能提高系统精度，而利用它的超前作用来改善系统的动态性能提高系统的相位裕度和响应速度等。 系统的稳态性能取决于系统的型次和开环增益，而系统的瞬态性能取决于系统的零、极点分布。如果在系统中加入一个环节，能使系统的零、极点分布按性能要求来配置，这个环节就是调节器。 6-3 控制系统的PID校正 PID控制系统结构 PID调节器，由比例（P）、积分（I）、微分（D）环节构成，一般串接在系统的前向通道中，起着串联校正的作用 。 图中， 是PID控制器的传递函数， 为系统固有部分的传递函数。PID控制器的数学描述为： 为控制输入， 为误差信号。 PID中常用的调节器 比例 比例-积分 比例-微分 比例-积分-微分调节器 P 提高开环增益，稳态误差减少 降低系统阻尼，快速性提高，稳定性降低 降低幅值裕度 I（低频段） 提高系统型别，稳态误差减少 相角滞后增加，稳定性降低 D（中频段） 不影响稳态性能 提高系统阻尼，快速性变慢，稳定性提高，降低超调 增加零点，相角裕度增加 噪声敏感 6-3-1 比例控制器 比例控制器能实时成比例地反映系统的偏差信号，如果系统产生偏差，控制器立即产生控制作用，从而使偏差减小。 比例控制器，又称P控制器，其时域表达式和传递函数为： 为了提高系统的静态性能指标，减少系统的静态误差，可行办法是增加系统的开环增益。同时开环增益的增大，穿越频率也增大，系统频带加宽，使系统响应速度提高。但若系统的相频特性曲线在穿越频率变化区段是单调下降的，则穿越频率的增大将使系统的相位裕量变小。 的增大导致系统的稳定性变差。 6-3-2 比例-积分控制器 比例-积分控制器，简称PI控制器，产生比例和积分控制作用的控制器。在PID调节器中，当 时，控制输出与误差具有如下关系： PI控制器的传递函数为： PI调节器可以调节参数 和 调节灵活，容易得到理想的动、静性能指标。 例6-4：设某单位反馈系统的方框图如图