控制工程技术基础第5章控制系统的校正.ppt

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控制工程技术基础第5章控制系统的校正

第5章控制系统的校正 5.1控制系统校正的概念 5.2串联校正常用装置 5.3频域法串联校正 5.4局部反馈校正与复合校正 5.5 PID控制规律 5.1控制系统校正的概念 设计一个控制系统的目的,就是要求在满足给定的性能指标下,用它来完成某一特定的任务。当被控对象确定以后,为了完成给定的任务,在设计系统时,首先要选择适当的控制方案,确定执行机构、测量装置和放大器等。一般地,这些元件、部件和受控对象均是系统中不可变的部分,称为受控系统或固有部分。由固有部分组成的系统其稳态性能和动态性能往往不能满足给定的性能指标,因此需要对系统进行重新设计,改变系统的结构或在系统中加入附加装置,使其满足性能指标的要求。 5.1控制系统校正的概念 一般说来,对控制系统的固有部分进行重新设计的可能性不大,优良的固有部分实际上在参数和功率上都是最优匹配的。显然,要使控制系统满足性能指标,就必须对控制系统进行校正。 所谓校正是指,在给定系统固有部分和性能指标的前提下,选择合适的控制方法,确定控制器的控制规律,设计控制器或选择合适的校正方法,确定校正装置的结构和参数,使所设计的系统满足给定的性能指标。 5.2串联校正常用装置 5.2.1相位超前校正装置 相位超前校正装置(校正网络)可用图5-5所示的无源阻容电路来实现。若以Uc(s)为输出量,Ur(s)为输入量,则其传递函数为 如果αi特别大,则可以近似认为 5.2串联校正常用装置 实际上αi不能太大,否则,衰减太严重且抗高频干扰能力将进一步降低,一般取αi ≤20。 校正装置也可用图5-6所示的机械网络来实现。它由两个弹簧和一个阻尼器所组成,在此忽略了负载的影响。 5.2.2相位滞后校正装置 相位滞后校正装置可用图5-8所示无源阻容电路来实现,其传递函数为 5.2串联校正常用装置 滞后校正装置也可以用图5-9所示的机械网络来实现。 5.2.3相位滞后—超前校正装置 相位滞后—超前校正装置可用图5-11所示无源阻容网络来实现。其传递函数为 (5-16) 5.2串联校正常用装置 设T2 T1,α1若干倍,则式(5-16)可近似为 于是式(5-16)表示的传递函数可以近似地写成 滞后—超前校正装置也可以用机械网络来实现,如图5-12所示。 5.3频域法串联校正 5.3.1串联相位超前校正 当系统的固有部分选定以后,首先是调整开环放大系数,以保证系统的稳态性能满足要求。通常是稳态性能满足要求时,系统的动态性能可能不满足要求,为改善系统的动态性能,可采用串联超前校正。利用超前网络进行串联校正的基本原理,是利用超前网络的相位超前特性,只要正确地将超前网络的转折频率1/T1 和αj/T1 选在待校正系统穿越频率ωc 的两边,就可使校正后的系统的穿越频率和相位裕量满足性能指标的要求,从而改善了闭环系统的动态性能。 5.3频域法串联校正 串联超前校正步骤为: (1)根据稳态精度要求,确定开环放大系数K,利用此开环放大系数,作出未校正系统的开环伯德图,得到未校正系统的开环穿越频率ωc ,用ωc算出未校正系统的相位裕量γ。 (2)根据对校正后穿越频率ωc′的要求,计算超前网络参数αi和T1。 (3)验算校正后系统的性能指标。 (4)选择超前网络的元件值。 5.3频域法串联校正 5.3.2串联相位滞后校正 从滞后校正装置的研究可知,滞后校正可以解决两类问题。一类是系统的动态性能已满足要求,而稳态精度不能满足要求时,为了改善系统稳态性能而又不影响系统的动态性能,可以采用滞后校正。这种校正,从对数幅频特性看,就是在低频段提高增益,而在穿越频率附近其相角的变化极小,如图5-16所示。 另一类是原系统的稳态性能可以用调整开环增益来满足要求。但是,调整后系统的稳定程度变差,不能满足要求时,可用滞后校正来满足稳定裕量的要求,但这种校正降低了频带宽度,系统的快速性变差。只有系统对快速性要求不高时才宜采用。 滞后校正的主要作用是在中频段的前段造成幅值衰减,从而使校正装置的最大滞后角远离系统校正后的穿越频率,以使系统获得充分的相位裕量。 5.3频域法串联校正

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