机械工程控制基础 -性能与校正.ppt

?同超前网络，滞后网络在 时，对信号没有衰减作用 时，对信号有积分作用，呈滞后特性 时，对信号衰减作用为 ,b越小，这种 衰减作用越强 ?同超前网络，最大滞后角，发生在 几何中心，称为最大滞后角频率，计算公式为 系统校正—校正的分类与方法 采用滞后网络进行串联校正时，主要利用其高频幅值衰减的特性，以降低系统的开环截止频率，提高系统的相角裕度。滞后网络怎么能提高系统的相角裕度呢？ 系统校正—校正的分类与方法 在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率 附近。选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率 远小于 一般取 此时，滞后网络在 处产生的相角滞后按下式确定 将 代入上式 系统校正—校正的分类与方法 b与 和20lgb的关系 b 0.01 0.1 1 20lgb dB 系统校正—校正的分类与方法 系统校正—校正的分类与方法 1 bT ω=10 1 bT 时 Lc(ω)= 20lgb c(ω) ≈ -5o~ -9o j 系统校正—校正的分类与方法 三、校正系统设计方法 基本思路：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，是利用校正网络的相位超前或滞后特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。 校正后系统具有如下特点： 系统校正—设计方法 串联超前校正可提高系统的截止频率和相位裕量，从而减小了阶跃响应的超调量和调节时间； 串联滞后校正可以提高系统的相位裕量，降低系统的截止频率,从而提高了系统响应的超调量和抗干扰能力； 滞后-超前校正兼有两者的优点，既可提高系统的响应速度、降低超调量，又能抑制高频噪声。 基本步骤： ?根据稳态误差的要求，确定开环增益K； ?根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的波特图； 关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率，即 成立的条件是 由上式可求出a 计算未校正系统的相角裕度 ?根据截止频率 的要求，计算超前网络参数a和T； 求出Ｔ ?验证已校系统的相角裕度 系统校正—设计方法 3.1 相位超前校正设计方法： 系统校正—设计方法 实例分析 1： 设单位反馈系统开环传递函数为： 试设计一无源校正网络，使已校正系统的相位裕度不小于45°，截止频率不低于50rad。 分析：根据题目要求的性能指标，按串联超前校正的步骤进行校正。 解：做待校正系统对数幅频特性L(ω)： 系统校正—设计方法 根据图示，得ωc=40rad，γ=14°，故应选择超前网络。 取ω’c= ωm =55rad，量得L(ω m)=-6dB，由10lga= -L(ω m )，求得 取无源超前网络 将放大器增益提高4倍，做校正后系统L’(ω)，得满足设计要求的如下指标： 系统校正—设计方法 3.2 相位滞后校正设计方法： 基本步骤： 1）根据稳态误差的要求，确定开环增益K； 2）利用K值画出未校正系统的开环对数频率特性，算出 校正前系统的幅值裕度和相位裕度； 3）给定不同的截止频率，算出相应的相位裕度γ，直到 满足要求，该频率即为校正后的截止频率。 4）根据对数幅频曲线在新的截止频率ω’c上需要衰减到0dB即衰减量为-20lgb，确定b值，再由ω2=1/bT确定滞后网络的第二个转折频率。 5）由ω1=1/T=bω2，确定滞后网络的第一个转折频率。 6）验算。 了解校正的含义； 五、本讲小结 掌握控制系统时频动态特性之间的关系； 了解校正的分类及其校正原理。 系统校正—设计方法 系统校正—设计方法 第二讲 PID校正方法 机械工程控制基础 2008.12 主讲人：高爱华 机械类专业必修课 机械与动力工程学院 教学内容 1、课程准备 7、系统的性能指标与校正 2、绪 论 4、系统的时间响应分析 3、系统的数学模型 5、系统的频率特性分析 6、系统的稳定性分析 教学内容 第一讲 控制系统校正原理及方法 一、控制系统设计原理 系统校正—设计原理 1）控制系统的校正 一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制器的设计，这项工作称为控制系统的校正。 校正的含义：根据系统预先给定的性能指标，去设计一个能满足性能要求的控制系统，从控制原理上讲指的是寻找一个合适的计算方法设计控制器。 在实际过程中，既要理论指导，也要重视实践经验，往往还要配合许多局部和整体的试验。所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。 系统校正—设计原理 二、系统的性能指标 1.性能指标及校正方法 时域指标 稳态型别、静态误差系数 动态超调、调整时间、上升时间、峰值时间 频域指标 开环频率、闭环带宽、谐振峰值、谐振频率 增益