自动控制原理第6章.ppt

第6章 控制系统的校正 6.1系统的设计及校正问题 1.设计要求 进行控制系统设计校正，除了已知系统不可变部分的特性与参数外，还需要已知对系统的设计要求即全部的性能指标。 指标的关系。 （1）二阶系统频域指标与时域指标的关系 谐振峰值 谐振频率 带宽频率 截止频率 相位裕度 超调量 调节时间 （2）高阶系统频域指标与时域指标 谐振峰值 　 超调量 调节时间 2.控制器结构 串联校正、反馈校正、复合校正 校正：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。最简单的方法是调整开环放大倍数。 6.2 基本控制规律 1.比例（P）控制规律 2.比例-微分（PD）控制规律 3.积分（I）控制规律 4.比例-积分（PI）控制规律 【例6．1】已知某一单位反馈控制系统如图6.5所示。设计一串联校正装置 ，使校正后的系统同时满足下列性能指标要求：（1）跟踪输入 时的 稳态误差为0.1；（2）相角裕度为 解：由于2型系统才能跟踪加速度信号，为此假设校正装置为PI控制器，其传递函数为 所以PI控制器传递函数为: 5.比例（PID）控制规律 §6.3 串联超前校正 1.无源超前校正 超前角在 处的幅值 2．串联超前校正 用频率法设计系统，应分频段考虑问题，即要求校正后系统的开环频率特性在低频、中频和高频段具有如下特点： （1）低频段应满足稳态精度的要求，因为低频段由开环传递函数含有的积分环个数即型别和开环增益来决定。 （2）中频段应满足系统的动态性能，因为中频段的截止角频率和相位稳定裕量与闭环系统的调节时间ts和超调量σ%有关一般让中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，使相位裕量较大； （3）高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。 用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤可归纳为： （1）根据稳态误差的要求，确定开环增益K。 （2）根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的波特图，计算未校正系统的相位裕度。 (3)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 是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统截止频率增大而增加的相角滞后量。值通常是这样估计的：如果未校正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。 (4)根据所确定的最大相位超前角 算出a的值。 (5)计算校正装置在处的幅值10lga，由未校正系统的对数幅频特性曲线，求得其幅值为-10lga处的频率，该频率就是校正后系统的开环截止频率即成立的条件为(6)确定校正网络的参数：T和aT 得到校正装置传递函数： (7)画出校正后系统的波特图，并演算相位裕度时候满足要求？如果不满足，则需增大从第（3）步开始重新进行计算。 【例６.2】某一单位反馈系统的开环传递函数为 ，设计一个超前校正装置，使校正后系统的静态速度误差系数 ,相位裕度 ，增益裕度 不小于10dB。 解：（1）根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K。 当 时，未校正系统的开环频率特性为 （3）根据相位裕度的要求确定超前校正网络的相位超前角 （4） （5）超前校正装置在 处的幅值为 （6）计算超前校正网络的转折频率 串联超前校正特点： (1)这种校正主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段幅值的斜率为-20dB/dec，且有足够大的相位裕度。 (2)超前校正会使系统瞬态响应的速度变快。 系统抗高频噪声的能力变差 (3) 未校正系统的相频特性在截止频率附近急剧下降时，若用单级超前校正网络去校正，收效不大。 6.4 滞后校正 1.无源滞后网络 2．串联滞后校正 滞后校正会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。 在什么情况下应用滞后校正呢？ （1）在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可考虑采用串联滞后校正。 （2）保持原有的已满足要求的动态性能不变，而用以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差。 串联滞后校正 （1）根据稳态性能要求，确定开环增益K； （2）利用已确定的开环增益，画出未校正系统对数频率特性曲线，确定未校正系统的截止频率 、相位裕度 和幅值裕度 ； （3）根据相位裕度 要求，选择已校正系统的截止频率 ；考虑到滞后网络在新的截止频率处 ，会产