第六章线性控制系统的设计与校正PPT课件.ppt

第六章 线性控制系统的设计与校正 第一节 设计与校正的基本思想 第二节 根轨迹校正法 第三节 频率特性校正法 第四节 局部反馈校正 第五节 复合控制校正 第一节 设计与校正的基本思想 控制系统的基本结构形式 校正装置 设计与校正的基本方法 控制系统的基本结构形式 反馈控制系统的基本结构 比例校正装置的设计及存在问题 稳定性、稳态性能及动态性能的综合设计 不能同时满足指标要求 解决性能指标不足的方法 改变校正装置的形式 改变控制系统的结构 校正装置 校正装置的数学模型 根轨迹校正模型 单零点校正： 零极点超前校正： 零极点滞后校正： 频域校正模型 超前校正： 滞后校正： 校正装置的物理实现 无源网络、有源网络、调节器、工业计算机。 设计与校正的基本方法 根轨迹校正法 频域校正法 时域指标与闭环主导极点位置的关系 闭环主导极点在复平面的位置决定系统动态指标——超调量、调节时间和峰值时间。 闭环主导极点处的开环增益和系统开环极点在原点的个数(型别)决定了系统稳态性能。 校正装置的形式 动态校正装置： 静态校正装置： 需要确定的参数为：零极点坐标、根轨迹增益（开环增益） 动态校正的思路及参数计算 解题思路及步骤 根据设计要求选择主导极点位置； 取校正装置 Gc(s)=kc 绘制根轨迹； 确定主导极点不在根轨迹上，且在根轨迹左侧； 选择校正装置形式并计算校正装置的参数 方法一：校正装置增加零点由相位条件确定零极点坐标zc； 方法二：校正装置增加零极点由相位条件确定零极点坐标zc，pc。 由幅值条件计算kc 检验校正后的系统性能 应用举例： 单零点校正 低阶系统单零点希望特性法校正思路简介 由希望极点得希望特征方程； 选择校正装置，得校正后系统特征方程； 联立求待定参数的取值。 零极点校正 例题：P161-163 例6-1 静态校正的思路及参数计算 零极点滞后校正装置性能分析 由于零极点构成偶极子，则对根轨迹即动态性能的影响忽略。 通过的比值增大系统的开环增益，以达到减小静态误差的目的。 校正装置参数的计算 在系统满足动态性能的前提下，即闭环主导极点已经确定，若此时系统的静态误差过大不满足性能指标的要求时，串联零极点滞后校正装置。 希望开环增益=满足动态要求的系统开环增益×Zc/Pc 零点位置在靠近虚轴处选择(非唯一) ，极点坐标由上述公式确定。 对系统动态性能影响的校验：利用三角形的余弦定理，一般保证零极点矢量的夹角小于或等于30。 例题：P165-167 例6-2 根轨迹校正法的顺序是先动态后静态！！！ 第三节 频率特性校正法 校正装置特性分析 对静态性能指标的校正 动态性能指标的校正 动态超前校正 动态滞后校正 校正装置特性分析 动态超前校正网络 BODE曲线特性 最大超前角频率 最大超前角 最大超前角处的幅值增益 动态滞后校正网络 BODE曲线特性 高频段幅值 高频段相位滞后忽略 静态校正网络 对静态性能指标的校正 校正思路 根据题意对静态指标的要求确定校正装置的型别和增益 应用举例 已知 确定串联校正装置 中的kc、c，满足控制系统速度误差系数kv=200。 根据题意对系统静态性能的要求是：型别为1型，开环增益k=200 结论： 取kc=20、c=1 满足静态指标要求的系统开环传递函数为： 频率特性校正法的顺序是先静态后动态！！！ 0 动态超前校正 已知满足静态指标要求的开环传递函数 ，并计算动态指标； 若剪切频率和相角裕量都偏小，一般选择动态超前校正网络 ； 根据设计要求计算超前网络的补偿角 确定校正网络参数 确定校正网络参数 确定校正后的剪切频率 确定校正网络参数 校验：由 计算校正后的动态性能指标 应用举例 应用举例 被控对象的传递函数,对系统的要求为： ，要求单位斜坡扰动下的稳态误差 、穿越频率 、相角裕量 ，试确定校正网络的形式及参数。 静态校正 动态校正过程 计算性能指标； 计算补偿角； 计算校正装置参数；校验。 结论： 动态滞后校正 已知满足静态指标要求的开环传递函数 ，并计算动态指标； 若相角裕量偏小而剪切频率有余，一般选择动态滞后校正网络 ； 根据设计要求和 找寻满足相角裕量的频率 确定校正网络参数 确定校正网络参数 确定校正网络参数 校验：由