自动控制原理六控制系统的校正.pptVIP

一、对控制作用的附加前置校正 图6－27 前置校正 系统闭环传递函数 令 希望系统输出完全复现控制输入，即 根据误差定义，可以求出误差传递函数 系统的无差度反映了系统在时间幂函数输入下的复现能力。 结 论 在系统设计中采用这种附加前置校正，对解决系统稳定性与稳态精度的矛盾、振荡性与快速性的矛盾，有着特殊可取之处。 因此精度要求高的快速随动系统，经常采用前置校正。 采用附加前置校正的办法，实质上是将稳定性和稳态误差的要求分别来考虑。 例6－7 系统如图6-28所示 图中 是附加的前置校正。系统在等速输入作用下无稳态误差，相当于无差度为2，而系统的闭合回路内仍只有一个积分环节。将图6-28所示系统化为图6-29所示的等效单位负反馈的典型形式。 图6-28 等效单位负反馈系统开环传递函数 图6－29 等效系统 等效传递函数 二、对干扰的附加补偿校正 对于扰的补偿控制也是一种前置校正方式。 作用有干扰的系统结构图如图6—30所示 图6－30 干扰的前置补偿 输出 单纯依靠回路的设计来达到干扰抑制，有一定的困难与不便。 利用附加的干扰补偿装置，实现干扰对系统输出的不变性，是一种非常有效的方法。 （6-34） 例6－8 假定原来的闭合回路的特征多项式已满足稳定条件，现要求设计 ，对干扰N进行补偿。 图6－31 对干扰进行补偿的系统结构图如图6－31所示。 解： 根据式（6-34）对干扰N完全补偿的条件可得 干扰所引起的稳态误差为零。 若假定干扰为阶跃作用，只要取 就可以达到稳态补偿。 例6-9 系统如图6—32所示，图中干扰N不可测量，但系统中的a点或b点可测，试选择干扰补偿方案。 图6-32 解： 因为a点可测量，可将a点的变量看作干扰信号，组成干扰补偿通道，如图中虚线部分所示，这时全补偿的条件为 由此可得补偿器的传递函数 另一种干扰抑制方案 图6-33 （6—37） 则有 这说明当没有干扰时，式(6-39)的关系可以保持输入与输出的关系不变，即式(6-37)中N=0时的关系。这时附加部分的输出相抵消，图6-33中的信号X=0 若取 该方案的实质是间接地检测出了干扰，再通过 进行调整，从而使实际输出跟踪理想模型的输出。 上面所阐明的干扰抑制方案，可用在既要求保持输入输出关系不变又希望抑制不可量测干扰的情况。 串联校正的根轨迹法和频率域法思路 期望 连接 开环： 抗干扰 开环 低频段 中频段 高频段 主导极点 的 根轨迹方程 补偿角 校验 四、PID校正器 1.PD校正器 又称比例-微分校正，其传递函数 （6-11） 作用相当于式（6-1）的超前校正。 2 PI校正器 PI校正器又称比例-积分校正，其传递函数 （6-12） 作用相当于式（6-5）的滞后校正。 又称比例—积分—微分校正，其传递函数 其作用相应于式(6—7)的滞后—超前校正。 3 PID校正器 （6-13） 注意： 校正装置参数的合理选择和系统开环增益的配合调整是非常重要的。 例如，若将超前校正环节的参数设置在系统的低频区，就起不到提高稳定裕度的作用。同理若将滞后校正环节的参数设置在中频区，会使系统振荡性增加甚至使系统不稳定。 6－3 串联校正的理论设计方法 一、串联校正的频率域方法 频率域设计的基础是开环对数频率特性曲线与闭环系统品质的关系。 在应用时首先需要把对闭环系统提出的性能指标，通过转换关系式，近似地用开环频域指标来表示。 返回子目录 例6－4 给定系统结构图如图6—14所示。 设计 和 K， 使得系统在 r(t)=t作用下稳态误差≤0.01 相稳定裕度≥ ,截止频率 解: 1）根据稳态误差的要求调整K 2）根据K＝100，作出未校正的开环对数幅频特性和相频特性 解: 3）选取相位超前校正 校正后开环传递函数为 校正后相稳定裕度为 符合要求 图6－15 系统的串联超前校正 串联超前校正方法2.doc 串连校正方法2 二、串联校正的根轨迹方法 根轨迹设计的基础是闭环零、极点与系统品质之间的关系。 闭环的品质通常是通过闭环主导极点来反映的。 因此在设计开始，需要把对闭环性能指标的要求，通过转换关系式，近似地用闭环主导极点在复平面上的位置来表示。 例6－5 设系统的结构图如图6-17所示 要求设计串联超前校正环节，使得系统阶跃响应满足以下要求，超调量 调节时间 图6-17 解： 图6－18 主导极点的选取 校正后系统开环传递函数为 图6－19 校正后系统的根轨迹 例6-6 系统结构图如图6-20所示。 要求设计滞