第八章_系统的设计与校正.ppt

第八章 控制系统的 设计和校正 ——用频率响应法 对单输入-单输出、线性定常系统进行设计和校正 性能分析——一个系统，元部件参数已定，分析它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标； 综合与校正——若系统不能全面地满足所要求的性能指标，就要考虑对原系统增加些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标。 一 系统的性能指标 性能指标分类： 一、时域性能指标 二、频域性能指标 三、综合性能指标 一、时域性能指标 根据系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。 二、频域性能指标 1、开环频域指标： 2、闭环频域指标 三 时域和频域指标的对应关系 系统的校正概述 所谓校正（或称补偿）就是给系统附加一些具有某种典型环节特性的电网络，运算部件或测量装置等，靠这些装置的配置来有效地改善整个系统的控制性能。 这一附加的部分称为校正元件或校正装置，通常是一些无源或有源微积分电路，以及速度、加速度传感器等。 系统设计的一般原则 在低频段，提供尽可能高的增益，用最小的误差来跟踪输入。 在中频段（增益交点频率附近的频段），幅频特性曲线应当限制在-20db/dec左右，以保证系统的稳定性。 在高频段，开环幅频特性曲线尽可能快地衰减，以减小高频噪声对系统的干扰。 校正装置在系统中的联结方式： 顺馈校正 干扰补偿 串联校正 反馈校正 顺馈校正 一个不满足性能指标要求,有待进行校正的系统,反映在它的开环对数幅频特性上是不满足预期要求的。因此,对系统的校正通常反映在要求对其开环对数幅频特性进行校正上，要进行校正的开环对数幅频特性可分为以下几类： 系统是稳定的,并有满意的瞬态响应和频带宽度,但稳态精度是超差的。因此必须提高低频增益以减小稳态误差,同时维持曲线的高频部分。这种校正可用图8-6(a)中的虚线表示。 系统是不稳定的,或者稳定并具有满意的稳态误差,但瞬态响应不满意。此时必须改变响应曲线的高频部分以提高增益交点频率，提高响应速度，如图8-6(b)所示。 系统是稳定的,但无论是稳态误差还是瞬态响应都不满意，因此系统开环频率特性必须通过增大低频增益和提高增益交点频率来改进。图8-6(c)说明了这种校正. 第二节 调整增益的校正 串联校正 超前校正 滞后校正 滞后-超前校正 PID调节器 超前校正 1、超前网络 2、超前校正的作用 滞后校正 1、滞后网络 2、滞后校正的作用 滞后-超前校正 1、滞后-超前网络 实际上，无源校正网络常因负载效应的影响而削弱了校正的作用，或使网络参数难以选择，故目前在实际控制系统中，多采用以运算放大器组成的有源校正部件。 PID调节器 1、PD调节器 2、PI调节器 3、PID调节器 关于串联校正元件参数的确定，要从具体系统原有部分的特性和给出的性能指标两方面进行综合分析，这将在以后讨论。 反馈校正 反馈校正在控制系统中得到广泛应用，常见的有被控量的速度、加速度反馈、执行机构的输出及其速度的反馈；以及复杂系统的中间变量反馈等。 教材172页，图8-30。 在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电枢电流等，都可作为反馈信号源，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感器，如测速发电机、加速度传感器、电流互感器等。 从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有其突出的特点： 一、它能有效地改变被包围环节的动态结构和参数； 二、在一定条件下，反馈校正甚至能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰，给系统带来的不利影响。 一、利用反馈校正改变局部结构和参数 1、比例反馈包围积分环节 2、比例反馈包围惯性环节 3、微分反馈包围惯性环节 4、微分反馈包围振荡环节 二、利用反馈校正取代局部结构 三、综合性能指标（误差准则） 1、误差积分性能指标（适用于 ，无 超调情况） 2、误差平方积分性能指标（适用于 ， 有超调情况） 系统的性能指标要根据它所要完成的具体任务而提出；应有所侧重； 性能指标的提出要有根据，不能脱离实际； 几个性