6 自动控制系统的校正1203.ppt

《自动控制原理》  ——第六章 自动控制系统的 校正 系统分析 系统分析是在建立数学模型的基础上分析控制系统的性能及决定性能的因素 系统校正 系统校正则是解决如何实现具有好的响应性能问题 6.1 控制系统校正的一般概念 对控制系统实行校正，需要解决两个问题: 校正控制器接在系统的位置 如何确定校正控制器的传递函数 从校正装置自身有无放大能力来看，可分为： 无源校正装置: 自身无放大能力，通常由RC网络组成，在信号传递中，会产生幅值衰减,且输入阻抗低，输出阻抗高，常需要引入附加的放大器，补偿幅值衰减和进行阻抗匹配。 无源串联校正装置通常被安置在前向通道中能量较低的部位上。 有源校正装置： 常由运算放大器和RC网络共同组成，该装置自身具有能量放大与补偿能力，且易于进行阻抗匹配，所以使用范围与无源校正装置相比要广泛得多。 超前校正和迟后校正的区别与联系 6.3频域法串联校正 基本思路是： 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： 如果工作信号的频率范围为 噪声信号集中分布在 如图，则系统的带宽频率可取为 将一个校正控制器串接于控制系统的前向通道对原系统的 开环频率特性产生的影响体现在： 1) 若是0型控制器，则控制器的接入改变了开环放大系数 和对数幅频特性的转折频率; 2)若是I型控制器，则控制器的接入还提高了一阶无差度。 由于稳态误差以及提高了一阶无差度后的稳态误差均只与开环放大系数有关，而相位裕度和截止频率则既与放大系数有关也与转折频率有关，所以串联校正应先校正稳态性能而后校正暂态性能，在校正暂态性能时不会影响已校正好的稳态指标。 注 一、串联超前校正 一般能够应用串联超前校正的场合通常是： ③加宽通频带后应能满足要求。 ②需要提高响应速度； ①固有特性以 的对数幅频渐近线穿越横轴或穿 越点距 斜率的渐近线太近，系统的暂态性能 较差甚至是不稳定的； 用频率法对系统进行超前校正的基本原理: 利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目点。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。 串联超前校正的一般步骤为： （1）结合固有特性，根据响应速度和频带宽度确定是否采用串联超前校正，串联超前校正可以加快响应速度并使通频带加宽。 （2）稳态性能在不需要提高无差度时，可通过提高开环增益来满足。 （4）根据相位移公式计算校正网络的中频带宽h。 （5）按校正网络提供的最大相位移发生在校正后的截止频率处由作图法确定校正网络的两个转折频率。 （6）根据稳态增益和超前网络的两个转折频率来确定校正网络的传递函数。 （7）由校正后的频率特性计算相位裕度，验证给定的暂态指标是否得到满足，若不满足可增大附加相移反复试凑。 （3）计算校正前的相位裕度，并考虑原系统在提高了截止频率后相位的进一步滞后取附加相移 ，根据给定的相位裕度指标确定超前网络需要提供的相位移。 （8）由合乎要求的校正网络的传递函数找到可实现的校正网络并确定网络参数。 例6-1 已知某控制系统的固有开环传递函数为 要求采用串联超前校正，使校正后的稳态速度误差系数 相位裕度 。 速度误差系数为 解 由于固有传递函数是Ⅰ型的，稳态速度误差系数指标可通过提高开环增益来满足，相位裕度指标的满足则可在已满足稳态指标的基础上串联低频增益为1的超前网络来实现。选择具有如下传递函数的有源超前校正网络可同时完成上述两个功能，即 其中由 提高开环增益， 提高相位裕度。 选择 （或大于5），则提高增益后的传递函数为 满足稳态误差的要求。 对数幅频特性为 半对数相频特性为 曲线分别如图中G所示。 进一步的相位校正可针对 来进行，频率特性为 图中显示校正前的穿越频率发生在惯性环节的高频渐近线段，在 处的幅频值满足如下近似关系 解得 相位裕度为 不满足指标要求。补偿量可在 之间取值。超前网络提供的最大相移应满足 式中， 为超前网络应提供的最大相移； 为校正后系统应有的相位裕度；γ为校正前的相位裕度； 为相角补偿量。 本例取 超前网络需要在 处提供 40°的超前相移。 将超前网络最大相移频率设计在 ， 求得 作斜率为 ，两转折频率间的距离为 的线段，使线段的低频点与固有特性渐近线交于 ，中点在