自控原理课件 第7章-自动控制系统控制器及其校正与设计推荐.ppt

* 由于控制器输出的u(k)直接去控制执行机构(如阀门)，u(k) 的值和执行机构的位置(如阀门的开度)是一一对应的，故式(7.30)通常称为位置式PID控制算法。程序流程图如图7.75所示 * 3．增量式PID控制算法 位置式PID控制算法的输出不仅与本次偏差有关，还与历次偏差有关，计算时要对e(k)累加，计算机运算量大。增量式PID控制算法可克服上述缺点。 由式(7.30)可得k-1时刻的控制量u(k –1) (7．34) * 由于式(7.31)中⊿u(k)为第k次相对于第 k –1次的控制量的增益，故称为增量式 PID控制算法。图7.76所示为增量式PID控制算法的程序流程图。 * * 小 结 本章主要介绍了自动控制系统中常用的控制器与校正方式，用MATLAB工具进行仿真验 证校正前后系统的动静态性能。系统的校正是选择合适的控制器与原系统连接，使系统的性能指标得到改善或补偿的过程。 系统的校正用控制器大多采用电气的，根据是否接电源，可将校正装置分为无源校正装置和有源校正装置。根据校正装置的频率特性，可将校正分为超前校正、滞后校正和滞后—超前正等方式。按校正装置与系统的连接形式，可分为串联校正、反馈校正和复合校正等。可根据系统性能指标的要求，采用不同特性的校正装置和连接方式。 * 无源校正装置的优点是结构简单，缺点是它本身没有增益，且输入阻抗低，输出阻抗高。 有源校正装置的优点是本身有增益，有隔离作用(负载效应小)，互输入阻抗高，输出阻抗低，参数调整也方便。缺点是装置较复杂，五必须要外加电源。 比例(P)串联校正，若降低增益，可提高系统的相对稳定性(使最大超调量σ减小，振荡 次数N降低)。但使系统的快速性和稳态精度变差(调整时间t加大，稳态误差ess增加)。增大增益，则与上述结果相反。 * 比例-微分(PD)串联校正，使中、高频段φ(ω)相位的滞后减少，减小了系统惯性带来的消极作用，提高了系统的相对稳定性和快速性。但削弱了系统的抗高频干扰的能力。PD校正对系统稳态性能影响不大。 比例-积分(P1)串联校正，可提高系统的无静差度，从而改善了系统的稳态性能，但系统的相对稳定性变差。 比例-积分-微分(PID)串联校正，即可改善系统稳态性能，又能减少φ(ω)在中、高频段的相位滞后，改善系统的相对稳定能和快速性，兼顾了稳态精度和稳定性的改善，因此在要求较高的系统中获得广泛的应用。 * 比例-微分(PD)串联校正，使中、高频段φ(ω)相位的滞后减少，减小了系统惯性带来的消极作用，提高了系统的相对稳定性和快速性。但削弱了系统的抗高频干扰的能力。PD校正对系统稳态性能影响不大。 比例-积分(P1)串联校正，可提高系统的无静差度，从而改善了系统的稳态性能，但系统的相对稳定性变差。 比例-积分-微分(PID)串联校正，即可改善系统稳态性能，又能减少φ(ω)在中、高频段的相位滞后，改善系统的相对稳定能和快速性，兼顾了稳态精度和稳定性的改善，因此在要求较高的系统中获得广泛的应用。 * 具有顺馈补偿和反馈环节的复合控制是减小系统误差(包括稳态误差和动态误差)的有效途径，但补偿量要适度，过量补偿会起反作用，甚至引起报荡。顺馈补偿量要低于但可接近于全补偿条件。 * * 7.3.1 按扰动补偿的复合校正 任何控制系统或多或少都会受到扰动的影响，从而影响到输出。可以来用按扰动补偿的复合控制方式来改善性能。按扰动补偿的控制系统框图如图7.63所示。Gl(s)为固有系统传递函数； G (s)为串联校正装置；Gf(s)为扰动与输出间的传递函数；Gn(s)为扰动补偿器。 * * * * 设计所得的全补偿器是一个比例微分环节，由于微分作用对于噪声较为敏感，无论是模拟微分方法还是数字微分方法，均对系统的控制不利，可以在全补偿器的基础上再增加一个高频抑制环节[小惯性环节(如RC滤波电路)]，实现近似补偿作用，得到近似补偿器为 * 7.3.2 按输入补偿的复合校正 图7.65为按输入补偿的复合校正控制系统框图，图中Gl(s)为系统开环传递函数Gr(s)为前馈补偿装置的传递函数。系统的输出为 * * 此式说明，输出信号c(t)完全复现了输入信号r(t)，系统不存在跟踪误差，与输入情况的形式无关。但是实际上输出c(t)完全复现输入r(t)是做不到的，这是因为一般控制系统的传递函数G1(s)(一般是被控对象的传递函数)具有比较复杂的形式，Gl(s)的分母阶数通常比分子阶数高，而且多数情况下参数是变化的。因而要实现G r(s)＝l／Gl(s)的