现代控制理论CA06-校正设计.ppt

* 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。 (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 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。 6.5 滞后校正 压好水花 滞后校正网络波德图 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 0.1 2 1 0o -90o -180o ωc L/dB Φ(ω) 是否可以采用超前校正 相角裕度 -20o 未校正系统的阶跃响应 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中高频段的衰减特性，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。 6.6 串联校正方式总结 超前校正 滞后校正 原理 相位超前特性 高频衰减特性 对带宽影响 增加带宽 减小带宽 附加增益 需要 不需要 限制条件 带宽、ωc附近相角变化 带宽要求 若不能满足要求,可以采用超前滞后校正 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 L/dB 0 90o -90o φ 此处，了解即可。 * 实践经验后，此处体会更深。 * 事物不是越高越好，否则要付出代价的。 * 分清哪些是闭环和开环指标。闭环指标在设计完成后，通过闭环实验可以确定。 * 一定要注意是开环频率特性。 * 高频区要保证带宽。 * 前馈校正也是一种。 * 此处注意是开环频率指标。 * 超前校正的思想 * 也是超前校正。 * 第 6 讲 自动控制系统的校正设计 课程内容: 控制系统设计原则 超前校正基本方法 滞后校正基本方法 需要掌握内容 控制系统设计的基本原则及原因。 系统的时域和频域指标 超前（滞后）校正的基本原理、特点及控制器传函、Bode图。 6.1 校正问题的提出 控制系统设计的基本步骤 1、元件选择 根据工作条件、被控信号的最大速度或加速度，初步选定执行元件的型式、参数等。 2、传感器的选择 根据测量精度、被测信号的物理性质，选择合适的测量变送元件 3、放大器的选择 调整放大器的增益，使得系统性能满足要求 。 4、采用校正装置 若调整增益不能满足指标，增加参数及特性可按需改变的校正装置 校正: 为了实现预期性能而对控制系统结构进行的修改或调整. 校正装置: 为改善系统的性能而加入的附加部件或电路. 6.2 控制系统的性能指标 性能指标选择原则 （1）不同控制系统对性能指标有不同的侧重。（例如：调速系统对平稳性和稳态精度要求，随动系统侧重快速性） （2）指标的提出符合实际系统的需要和可能。(例如:响应时间考虑物理实际,超调量问题) 时域指标： 调整时间、超调量、阻尼比、稳态误差 频域指标： 相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、 闭环带宽、幅值穿越频率 控制系统设计的一般原则 （1）低频区： 希望提供尽可能高的增益，达到小的误差。 对系统品质指标的要求，可以归结为对系统开环频率特性的要求。 （3）高频区： 尽可能快的衰减，减小高频噪声的干扰 （2）中频区： 斜率限制在-20dB/dec，保证系统的稳定性 6.3 控制系统的校正方式 串接于系统前向通道之中 接在系统局部反馈通路之中 频域校正基本分析 稳态误差 快速性 稳定性 低频增益 剪切频率 相位裕量 稳态误差不满足要求 增加k 误差减小 快速性增加 稳定性变差 响应速度不满足要求 ωc 稳定性不满足要求