第六章 控制系统校正2010-2.ppt

* 电气工程学院 首页 上页 下页 末页 结束 自动控制理论 * 如果信号源的内部阻抗为零，负载阻抗为无穷大，则滞后网络的传递函数为 二. 无源滞后网络 时间常数 令 1.串联滞后网络的传递函数 1 R r u c u 2 R C 图6-15 无源滞后网络图 * 图6-16 无源滞后网络特性图 10 -1 10 0 10 1 10 2 -20 -15 -10 -5 0 10 -1 10 0 10 1 10 2 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 -20dB/dec * ?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 ?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 越小，这种衰减作用越强 由图可知 * 采用无源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？这个问题下一节介绍. * 三. 无源滞后-超前网络 1. 传递函数为 令 频率特性为 因此前一部分起超前校正作用，第二部分起滞后校正作用,是一个带通滤波器 图6-17滞后-超前网络图 1 R r u c u 2 R 1 C 2 C * 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 -20 -15 -10 -5 0 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 -60 -40 -20 0 20 40 60 图6-18 无源滞后-超前网络频率特性曲线 * 求相角为零时的角频率 ? ? 的频段， 当 校正网络具有相位滞后特性 的频段， 校正网络具有相位超前特性。 j 0 图6-19滞后超前校正零极点分布图 * 实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正，但在放大器级间接入无源校正网络后，由于负载效应问题，有时难以实现希望的规律。此外，复杂网络的设计和调整也不方便。因此，需要采用有源校正装置。(参见教材) 四、有源校正装置 * 一、设计方法 时域法 根轨迹法 频域法 6.4. 校正装置设计的方法和依据 二、设计过程 1、已知固有部分的结构、特性和参数，绘制系统固有部分的开环波特图； 2、列出控制系统需要满足的性能指标 3、从性能指标要求确定校正后系统的伯德图，也称期望特性 4、求得校正系统的伯德图，并实现 * 三、期望的系统开环伯德图（三频段理论） 6.4. 校正装置设计的方法和依据 1、以系统要求的稳态误差为主要条件，兼顾系统的暂态性能，确定系统的期望特性低频段； 2、以系统要求的暂态性能（相对稳定性及调整时间等）为依据，确定期望特性的中频段； 3、期望特性的高频段对系统性能影响较小，一般不过多重视。 需要注意：高频段斜率一般小于-20dB/dec，与中频段的交接频率如果离剪切频率较近的话，容易使得相位域量变小。 * 期望的伯德图 * 频率法对系统进行校正的基本思路是：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，即要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点： 一. 频率法串联超前校正设计 ?中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能； ?高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。 ?低频段的增益满足稳态精度的要求； 6.5 频率法串联校正设计 * 一. 频率法串联超前校正设计的基本原理 用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前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点。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的剪切频率处。 6.5 频率法串联校正设计 * 用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤可归纳为： ?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，计算未校正系统的相角裕度 ?由给定的相位裕量值 计算超前校正装置提供的相位超前量 是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统截止频率增大而增加的相角滞后量。 值通常是这样估计的：如果未校正系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec，一般取 如果为-60dB/dec则取 * ?根据所确定的最大相位超前角 按 算出 的值。 公式回顾 * 即 ?确定校正网络的转折频率 ?画出校正后系统的Bode图，并验算相位裕度是否满足要求？如果不满足，则需增大 值，从第?步开始重新进行计算。 ?计算校正装置在 处的幅值 由未校正系统的对数幅频特性曲线，求得其幅值为 处的频率，该频率 就