校正装置及其特性.PPT

* 第六章 线性系统的校正方法 6-1 系统校正的设计基础 6-2 常用的校正装置及其特性 * n 扰动 执行机构 被控对象 测量装置 - r 给定值 e 偏差 被控量 c 测量信号 原理方框图 * 为改善系统的动态性能和稳态性能，常在系统中附加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，这就是系统校正。 按校正装置在系统中的连接方式不同，系统校正分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。 根据校正装置的特性，可分为超前校正、滞后校正、滞后-超前校正。 校正的实质表现为修改描述系统运动规律的数学模型。 设计方法：时域法、频率法。 * §6-1 系统校正的设计基础 一、系统的性能指标 1. 时域性能指标 （1） 稳态指标： 静态位置误差系数Kp 静态速度误差系数Kv 静态加速度误差系数Ka 稳态误差ess （2） 动态指标： 上升时间tr 峰值时间tp 调整时间ts 最大超调量σ% 振荡次数N * 2. 频域性能指标 (1) 开环频域指标 开环截止频率ωc (rad/s) ； 相角裕量γ(°) ； 幅值裕量h 。 (2) 闭环频域指标 谐振频率ωr ； 谐振峰值 Mr ; 带宽频率ωb与闭环带宽0~ωb : 一般规定L(ω)由20lgA(0)下降到－3dB时的频率，亦即A(ω)由A(0)下降到0.707A(0)时的频率叫作系统的带宽频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽。 * 二、频率法校正 * 低频段 L(ω)在第一个转折频率以前的频段。 频率特性完全由积分环节和开环放大倍数决定。 低频段对数幅频特性: 低频段的斜率愈小，位置愈高，对应系统积分环节的数目ν愈多、开环放大倍数K愈大。则在闭环系统稳定的条件下，其稳态误差愈小，动态响应的跟踪精度愈高。 * 中频段 L(ω)在开环截止频率ωc（0分贝附近）的区段。 频率特性反映闭环系统动态响应的平稳性和快速性。 时域响应的动态特性主要取决于中频段的形状。 反映中频段形状的三个参数为：开环截止频率ωc、中频段的斜率、中频段的宽度。 为了使系统稳定，且有足够的稳定裕度，一般希望： 中频段开环对数幅频特性斜率为-20dB/dec的线段，ωc 较大，且有足够的宽度； * 高频段的幅值，直接反映系统对高频干扰信号的抑制能力。高频部分的幅值愈低，系统的抗干扰能力愈强。 高频段 L(ω)在中频段以后的频段。 高频段的形状主要影响时域响应的起始段。 在分析时，将高频段做近似处理，即把多个小惯性环节等效为一个小惯性环节去代替，等效小惯性环节的时间常数等于被代替的多个小惯性环节的时间常数之和。 * 总结 为了使系统满足一定的稳态和动态要求，对开环对数幅频特性的形状有如下要求： 1）低频段要有一定的高度和斜率； 2）中频段的斜率最好为–20dB/dec，且有足够的宽度； 3）高频段采用迅速衰减的特性，抑制不必要的高频干扰。 * 1. 串联校正 校正装置串联在系统的前向通道中，一般接在测量点之后放大器之前，如图a所示。 三、校正方式 Gc(s)：校正装置。可以设计成超前、滞后、滞后-超前的形式。 可以用无源校正装置或有源校正装置。 * 2.反馈校正（又称“并联校正”） 校正装置串联在系统的前向通道与某个环节组成的局部反馈回路之中，如图b所示。 可以削弱系统非线性特性的影响，提高响应速度，降低对参数变化的敏感性及抑制噪声的影响。 3. 前馈校正 前馈校正又称为顺馈校正，是在系统反馈回路之外采用的校正方式之一，包括对输入信号进行补偿（如图c所示）和对干扰信号进行补偿两种形式。 * 4. 复合校正 在反馈控制回路中加入前馈校正通路，分为按输入补偿和按干扰补偿两种形式。 * §6-2 校正装置及其特性 一、超前校正装置 1、超前校正装置传递函数 ★ * 超前校正网络串入一个放大倍数Kc=a的放大器后，传递函数变为： 2、超前校正的零、极点分布 * 3、超前校正装置的频率特性 相频曲线具有正相角，即网络在正弦信号作用下的稳态输出在相位上超前于输入，故称为超前校正网络。 * ωm: ωm 最大超前相角 ： 发生在 处，将ωm带入 。 是ω1＝1/aT和ω2＝ 1/T的几何中心，也是最大超前角发生处。 ωm 实际选用的a≤20，单级超前网络最大正相角 * ωm 20lga 10lga （也可以利用斜率的定义来求） 是确定超前网络