x14_滞后校正及PID.ppt

随着比例系数的加大 1、系统的稳态误差减小 2、响应速度变快 3、稳定程度变差 比例控制的特点 二、PI 控制(Proportional +Integral) (1) 积分控制 — 加入积分控制器后，系统阶跃信号下的稳态误差为零。 当输入为零时，由扰动引起的输出为 可否加入积分环节？ 当输入为零时，由扰动引起的输出为 （2）PI 控制 PI控制器 + _ u(t) e(t) 积分的作用 提高系统的稳态误差，改善系统的稳态性能。 Ti的值越小，积分作用越强。随Ti值的增加，系统可能会变得 不稳定。 PI 控制 三、PD控制（Proportional+Derivative) 系统为临界稳定状态。 微分控制带来阻尼 微分增加阻尼 PD控制器 + _ u(t) e(t) 微分增加阻尼 0o -90o -180o PD校正 PD控制对高频干扰比较敏感 四、PID控制 比例作用：误差一旦产生，立即产生控制作用，使被控量朝减小误差方向变化。 积分作用：对误差具有记忆，用于消除稳态误差。 微分作用：对误差进行微分，预见到误差的变化趋势。但对于高频干扰同样敏感。 0o 90o -90o L/dB 0 PID控制器Bode图 积分部分发生在系统的低频段，以提高系统的稳态性能。 而微分部分在系统中、高频段起作用，以改善系统的动态性能。 P PI PID Ziegler-Nichols(Z-N)参数调整方法 1、置系统于比例控制方式，比例系数取很小的值。 2、增加增益直到系统开始发生振荡。 3、记下系统发生临界振荡时的增益值，并记为Kc,系统振荡的周期记为Tc. Kp TI Td P 0.5Kc PI 0.45Kc 0.83Tc PID 0.6Kc 0.5Tc 0.125Tc 参数调整法则 根据阶跃响应的Z-N方法 L T 适用对象： 不包含积分环节，也不包含振荡环节。 Kp TI Td P T/L PI 0.9T/L L/0.3 PID 1.2T/L 2L 0.5L 参数调整法则 第14节 滞后校正PID 1.滞后校正 2.滞后-超前校正 3.PID校正 回顾：超前校正 超前校正原理 超前校正的实质是对于相角裕量小的系统,引入超前校正网络,利用其产生的最大相角来增加系统的相角裕量. 超前校正的特点 1、利用超前网络的相角超前量提供裕量。 2、校正后使系统的闭环带宽增加。 3、需要放大器补偿增益的衰减。 (1) 闭环系统带宽的要求。若校正系统带宽过大，使得通过系统的高频噪声电平很高，则系统可能失控 (2) 幅值穿越频率附近的相角迅速减小，则校正系统的相角裕量改善不大，很难得到足够的相角超前 超前校正的限制条件 1 滞后校正 滞后校正网络波德图 滞后校正的实质 利用滞后网络的高频幅值衰减特性，使系统的截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。 例 题 开环传递函数 要求： 单位速度输入下稳态误差为0.2 相位裕量40度 幅值裕度 10dB ①根据稳态误差要求，确定开环增益K 稳态误差 开环增益 ②计算系统的相角裕量 相角裕度 -20o 0.1 2 1 0o -90o -180o ωc L/dB Φ(ω) 是否可以采用超前校正 ③确定需提供的相角裕量 0 0o -90o -180o 需提供相角裕量40o+12o=52o ④确定新的幅值穿越频率 ωc=0.5 ⑤确定 β值 0 20dB ⑥确定滞后网络的转折频率 ω2的选择原则： 低于新的幅值穿越频率1~10倍 ⑦确定滞后网络的传递函数 剪切频率的确定 转折频率的确定 1、确定开环增益（根据稳态误差的要求） 2、求相位裕量(根据增益调整后的波德图) 3、选择新的剪切频率（使该频率处相位裕量等于给定的相位裕量加上5~12度） 4、选择转角频率1/T（使其低于新的剪切频率1到10倍频程） 5、确定因子β及另一个转角频率 6、进行验算 滞后校正基本步骤 滞后校正的特点 1、滞后校正是利用校正装置在高频段的衰减特性，使幅值穿越频率向低频点移动，而使相位裕量满足要求。 2、采用滞后校正将降低系统的带宽，导致响应变得缓慢。 3、采用滞后校正一般不需要补偿增益。 2 滞后-超前校正 ui uo C1 R1 R2 C2 超前作用 滞后作用 0 L/dB 0 90o -90o φ 滞后-超前校正克服了单独采用滞后或超前校正的缺点，利用了二者的优点，实现系统稳态性能和响应性能同时满足要求。 0 既满足稳定性的要求，又满足响应的要求。 原有特性 滞后校正 滞后-超前校正 串联校正方式对比 超前校正 滞后校正 原理 相位超前特性 高频衰减特