自动控制原理课件 第六章线性系统校正方法.ppt

第6章 线性系统的校正方法 系统的设计与校正概念 常用的校正装置及其特性 串联校正 局部反馈校正 2.串联迟后校正 运用迟后校正网络或PI控制器进行串联校正是利用迟后网络（PI控制器）的高频幅值衰减特性，通过降低校正后系统的截止频率，来获得系统较大的相角裕度。 应用迟后校正的场合： （1）对系统响应速度要求不高，对噪声抑制要求较高的场合； （2）未校正系统动态性能已经具备，稳态精度不能满足要求，保持动态性能不变。 设系统为单位反馈最小相位系统，迟后校正网络设计步骤： （1）根据稳态误差要求，确定开环增益K； （2）利用已确定的开环增益，绘制未校正系统的对数频率特性 ，确定截止频率 、相角裕度 和幅值裕度 ； （3）选择不同的 ，计算或查出不同的 ，在伯德图上绘制 曲线； （4）根据相角裕度 要求，选择已校正系统的截止频率 ；考虑迟后网络相位影响后的相角裕度 （5）确定迟后网络参数b和T： 设计举例：设单位反馈控制系统的开环传递函数为 要求： 试设计串联校正装置。 解： 未校正系统不稳定，截止频率远大于要求值，通过串联单个超前校正环节不可能产生如此大的相位超前角，一种方案用两级串联校正装置；另一种方案采用迟后校正。 校验： 若校验结果还不能完全满足设计要求，需要进一步调整截止频率或附加的迟后环节相位补偿量 串联超前校正和串联迟后校正的比较： （1）超前校正：利用相位超前特性 迟后校正：利用高频段幅值衰减特性 （2）超前校正：要附加放大倍数 迟后校正：不需要附加放大倍数 （3）超前校正：截止频率提高，带宽大于迟后校正，改善系统动态特性 迟后校正：降低截止频率，使得系统响应变慢 3.串联迟后-超前校正 当未校正系统不稳定，系统指标既要考虑稳态性能和动态性能指标（响应速度、相位裕度）时，仅用一种校正方式难以实现，这时可考虑串联迟后-超前校正装置。 串联迟后-超前校正设计步骤： （1）根据稳态性能确定开环增益K； （2）绘制未校正系统的对数幅频特性，求未校正系统的截止频率、相角裕度、幅值裕度 （3）确定超前网络的交接频率 ：在未校正系统对数幅频特性上选择 -20dB/dec 变为 -40dB/dec的交接频率作为 （4）由响应速度选择截止频率 和校正网络衰减因子 （5）根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频率 （6）校验 由未校正系统对数幅频特性的-20dB/dec的延长线在 处的值确定。 设计举例：设未校正随动系统开环传递函数为 设计校正装置，使系统性能满足以下要求： （1）最大指令速度180（o)/s ，位置误差不超过1o （2）相角裕度为 （3）幅值裕度不低于10dB （4）调节时间不超过3（s) 解： 作未校正系统对数幅频特性 采用迟后—超前校正，考察未校正的对数幅频曲线可知： 校正后系统的截止频率： 校正后系统 中频带宽 4.串联综合校正法 （1）串联综合校正法将性能指标转化为期望开环对数幅频特性； （2）将期望对数幅频特性与未校正系统的开环对数幅频特性比较； （3）确定校正装置的结构与参数 设校正后系统的开环频率特性为 根据性能指标要求，可确定参数规范化的开环幅频特性 例如：对于速度调节系统、随动系统 期望的对数幅频特性，在截止频率附近（中频段）的斜率一般有 -40/dec ~ -20/dec ~ -40/dec ，（-2 ~ -1 ~ -2） H -20dB/dec -40dB/dec -40dB/dec 求最大相角裕度 表明：最大相位裕度在两个交接频率的几何中心 为了进一步得到最大相位裕度与交接频率 、 之间的关系 令 -20dB/dec的中频宽度 产生最大相位裕度的角频率与截止频率之间的关系： H -20dB/dec -40dB/dec -40dB/dec 进一步建立闭环谐振峰值 与中频宽度 H 的关系 对于 见P268 图6-28 当 闭环谐振峰值 与中频宽度 H 的关系 又从 或 为了保证H有一定的宽度（即系统的阻尼度），当已知 H 和截止频率时，一般选择 对应有： 代入 典型的期望对数幅频特性获取： （1）由系统型号、稳态误差要求，确定无差度（积分个数）和增益 K，绘制低频段幅频特性。 （2）由系统响应速度、阻尼程度要求，通过 绘制期望幅频特性的中频段，中频段斜率 -20dB/dec 。 （3）绘制低频、中频段衔接频段