[工学]第六章 自动控制理论 校正系统.ppt

例: 系统输出: 若选 则系统的输出不受扰动的影 响,但不容易物理实现。因为一般物理系统的传递函数 都是分母的阶次高于或等于分子的阶次。 如果选 则在稳态情况下, 这就是稳态全补偿, 实现很方便。 相位超前校正网络 相位滞后校正网络 相位超前-滞后校正网络 响应的快速性（带宽）? 稳态精度（系统增益）? PD控制校正网络及超前校正网络 PI控制校正网络及滞后校正网络 PID控制校正网络及滞后-超前校正网络 按输入(顺馈)补偿的复合校正 系统的偏差传递函数为： 若选择： 即误差完全通过顺馈通路得到补偿，系统既没有动态误差也没有稳态误差，在任何时刻都可以实现输出立即复现输入(不变性原理)，系统具有理想的时间响应特性。 §6-7 反馈和前馈复合控制 无顺馈补偿时 顺馈补偿后： 顺馈补偿不改变系统的闭环特征多项式，即顺馈补偿不改变系统的稳定性 顺馈补偿采用了开环控制方式补偿输入作用下的输出误差 ！！解决了一般反馈控制系统在提高控制精度与保证系统稳定性之间存在的矛盾。 按扰动(前馈)补偿的复合校正 若扰动信号可量测，则可采用前馈补偿。 扰动作用下的闭环传递函数为 适当选择前馈控制校正装置的传递函数Gc(s)，使其满足 则干扰信号对系统输出的影响可以得到完全补偿。干扰补偿的实质是利用双通道原理，利用干扰来补偿干扰，达到消除干扰对系统输出的影响。 应当注意，应用干扰补偿校正时，首先干扰信号必须是可测量的；其次校正装置应是物理上可实现的。另外，由于干扰补偿是一种开环控制，所以，校正装置还应具有较高的参数稳定性。 例 系统结构如图所示，其中G1(s)=1 为消除系统跟踪斜坡输入信号时的稳态误差，求前馈校正装置Gc(s)。 解 未校正系统的开环传递函数为 系统为Ⅰ型系统，跟踪斜坡输入信号时有常值误差。要消除斜坡信号作用下的稳态误差，系统必须为Ⅱ型或Ⅱ型以上系统。引入前馈校正装置Gc(s)，其稳态误差为 系统的误差函数 将C(s)代入误差函数表达式中，得 则系统的稳态误差 由上式在给定信号作用下，系统稳态误差为零可确定前馈校正装置Gc(s) 要使ess=0，则Gc(s)的最简单式子应为 可见，引入输入信号的一阶导数作前馈校正后，系统由Ⅰ型变为Ⅱ型，可完全消除斜坡信号作用时的稳态误差。 综上可以看到，在反馈控制系统中引入前馈校正后： 可以提高系统的型号，起到消除稳态误差的作用，提高了控制精度； (2)不影响闭环系统的稳定性。未校正系统的闭环传递函数为 加入前馈校正后，系统的闭环传递函数为 以上两式的分母相同，即系统的特征方程相同，所以前馈校正不影响闭环系统的稳定性，并且表明，稳定性和稳态精度这两个相互矛盾的问题被分开了，完全可以单独考虑。不仅可以改善系统的稳态精度，而且还可改善系统的动态特性 - R(s)=0 N(s) C(s) 补偿装置 放大器 滤波器 因此，要使校正装置产生最大的效果，应使最大的超前角加在校正后的穿越频率处 由此，要解决两个问题： 1、如何确定校正后的穿越频率？ 2、校正后的穿越频率处原系统的相角是多少？ 由于校正后穿越频率的提高而使原有系统的相角滞后更多，这个增加的滞后角ε也应由校正装置补偿 也就是说，校正后穿越频率改变了，不再是?c0了，因而，不仅没有用上最大超前相角，而且，原系统的相角又滞后了一些（校正后穿越频率变大了） ε通常是估计出来的,根据是: 1、原系统? 的大小； ?小则校正后?c增加多,ε应大 些 2、原系统在原穿越频率附近相角变化的情况，（滞后） 变化快， ε应大 些 通常， ε 取5°~15° .根据: 1、原系统? 已有16.1°， φm不大,?不会太小，校正装置产生的增益不大，?c 增加不多， ε不必太大 2、系统在原穿越频率附近相角变化的情况比较平缓 3、取整数为了计算方便。 只要两个转折频率比=0.33，就能产生30°超前相角 为了使校正装置产生最大的效果，使最大的超前角加在校正后的穿越频率处，即：?m=?c(校正后) 确定?c方法： 使L0(?)|?c=10lg? 因为: L(?)= L0(?)+LC(?) 而L(?c)= 0 所以: L0(?c)= -LC(?m) 这样，使最大的超前角加在校正后的穿越频率处 完整解题如下: 解: 1、确定K值： 令K=Kv=12 2、画满足Kv要求后的固有系统BODE图 并求出固有系统的穿越频率 ?c 和相位裕量?(?c) 本题已求出固有系统的穿越