控工第10章2课件.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 对于稳态精度、平稳性和快速性要求都很高的系统，或者经常受到强干扰的系统，除了在主反馈回路内部进行串联校正或局部反馈校正之外，往往还同时采取设置在回路之外的前置校正或干扰补偿校正，这种开环、闭环相结合的校正，称为复合校正。具有复合校正的控制系统称为复合校正控制系统。 下面将分别介绍针对控制作用的前置校正（也称为前馈补偿）和针对干扰作用的干扰补偿校正。 6复合控制 * * 6.1 按输入补偿的复合控制 设按输入补偿的复合控制系统如图所示。 图中， 为反馈系统的开环传递函数， 为前馈补偿装置的传递函数。 * * 由图可知 若选择前馈补偿装置的传递函数 表明在（*）成立的条件下，系统的输出量在任何时刻都可以完全无误差地复现输入量，具有理想的时间响应特性。 有 （*） * * 前馈补偿装置 的存在，相当于在系统中增加了一个输入信号 ，其产生的误差信号与原输入信号 产生的误差信号相比，大小相等而方向相反。故式（*）称为对输入信号的误差全补偿条件。 （*） * * 由于 一般具有比较复杂的形式，故全补偿条件的物理实现相当困难。在工程实践中，大多数采用满足跟踪精度要求的部分补偿条件，或者在对系统性能起主要影响的频段内实现近似全补偿，以使得 形式简单并易于物理实现。 * * 为了便于分析系统的误差和稳定性，引入等效开环传递函数的概念。 系统闭环传递函数为 等效开环传递函数 （上面两式对于单位反馈复合控制系统成立） 误差传递函数 * * 设反馈系统的开环传递函数 相应的闭环传递函数 （Ⅰ型系统，存在常值速度误差，且加速度误差为无穷大。 ） 若取输入信号的一阶导数作为前馈补偿信号，即 （常系数 表示前馈补偿信号的强度 ） 这时系统的闭环传递函数 其系统的误差传递函数 * * 等效开环传递函数 上式表明，引入 的前馈补偿装置，并使 ，可以使复合控制系统等效为Ⅱ型系统。此时，复合控制系统的速度误差为零，加速度误差为常值。 取 可得 * * 若取输入信号的一阶导数和二阶导数的线性组合作为前馈补偿信号，即 系统的闭环传递函数 系统的误差传递函数 取 表明，引入的前馈补偿装置 ，并使 ，可以使复合控制系统等效为Ⅲ型系统。这时，复合控制系统的速度误差和加速度误差均为零，极大地提高了系统复现输入信号的能力和精度。 可得 等效开环传递函数 * * 有时，前馈补偿信号不是加在系统的输入端，而是加在系统前向通路上某个环节的输入端，以简化误差全补偿条件。 等效系统的闭环传递函数 等效系统的误差传递函数 取 由图可知 复合控制系统将实现误差全补偿 基于同样的理由，完全实现全补偿条件是困难的。通常只进行部分补偿，将系统误差减小至允许范围内即可。 * * 从控制系统稳定性的角度来考察，比较前面各式可知，没有前馈控制时的反馈控制系统的特征方程，与有前馈控制时的复合控制系统的特征方程完全一致，表明系统的稳定性与前馈控制无关。因此，复合校正控制系统很好地解决了一般反馈控制系统在提高控制精度与确保系统稳定性之间存在的矛盾。 * * 6.2 按扰动补偿的复合控制 为可量测扰动， 和 为反馈部分的前向通路传递函数， 为前馈补偿装置传递函数 复合校正的目的是通过恰当选择 ，使扰动 经过 对系统输出 产生补偿作用，以抵消扰动 通 过 对输出 的影响。 系统如图 * * 扰动作用下的输出 扰动作用下的误差 选择前馈补偿装置的传递函数 有 （*） 称为对扰动的误差全补偿条件 前馈补偿实际上是采用开环控制方式去补偿可量测的扰动信号，因此前馈补偿并不改变反馈系统的特性。从抑制扰动的角度来看，前馈控制可以减轻反馈控制的负担，所以反馈控制系统的增益可以取得小一些，以有利于系统的稳定性。 * * 例 对干扰进行补偿的系统结构图如图所示。 假定原来的闭合回路的特征多项式已满足稳定性条件，现要求设计 对干扰进行补偿。 * * 对干扰N全补偿的条件是 该补偿器可以用测量干扰的传感器和微分装置组合而成。 假设 取 这时 在实际系统中，经常有多种干扰存在，如温度的飘移、负载的变动能源的波动等等，如果都用附加校正的方法来补偿将会十分复杂，而且有些干