国防科技大学机电工程与自动化学院自动控制原理中文课件：第二十三讲 反馈控制系统设计（四）.ppt

《自动控制原理》Theories of Automatic Control 任课教员：韦庆 电 话：74380 教学方式：讲授为主 学习方式：自学+实验 8.1 控制系统设计思路 1、控制系统设计的目的： 使闭环系统性能满足要求。 8.1 控制系统设计思路 控制器设计问题： 应用根轨迹法控制器设计思路 8.2 串联校正网络(根轨迹观点) 8.2 串联校正网络(根轨迹观点) 8.2 串联校正网络(根轨迹观点) 8.2 串联校正网络(根轨迹观点) 3.串联校正系统的基本传递函数 8.2 串联校正网络(根轨迹观点) 3.串联校正系统的基本传递函数 用根轨迹法设计超前校正网络思路 1）“系统”根轨迹满足： 2）由“闭环性能指标”确定“闭环系统”主导极点位置sd。 3）需要确定的Gc(s)参数： 用根轨迹法设计超前校正网络思路 4）由相角条件确定Gc(s)参数z，p： 8.5 用根轨迹方法设计超前校正网络 例2 1型系统的超前校正网络设计。设计要求：阻尼系数0.45，系统的斜坡响应误差小于5% 8.5 用根轨迹方法设计超前校正网络 例3（难题）I型系统的超前校正网络设计。设计要求：超调量小于16%，调节时间小于3秒。 8.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 比例积分控制器(PI控制器)是一类常用的积分型校正网络，其传递函数为： 8.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 比例积分控制器(PI控制器)基本思路： 用根轨迹法设计PI控制器思路 1）“系统”根轨迹满足： 2）由“闭环性能指标”确定“闭环系统”主导极点位置sd。 3）需要确定的Gc(s)参数： 用根轨迹法设计PI控制器思路 4）由相角条件确定Gc(s)参数z： 用根轨迹法设计PI控制器思路 4）由幅值条件确定Gc(s)参数K： 8.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 例4 温度控制系统：设计要求校正后的系统超调量不大于10％，调节时间小于16/3秒。对阶跃输入的稳态误差为0。 8.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 例5：设计控制器Gc(s)，使闭环系统满足：1）超调量小于10%，调节时间小于1.6秒。2)对阶跃响应的稳态误差为0。 8.7 用根轨迹方法设计滞后校正网络 1.滞后校正网络的设计目的： 改善闭环系统的稳态跟踪精度 8.7 用根轨迹方法设计滞后校正网络 2.一阶相角滞后校正网络（根轨迹观点）： 8.7 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 3.滞后校正网络基本思路： 8.7 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 一阶滞后校正网络的一个实现： 8.7 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 一阶滞后校正网络的一个实现： 用根轨迹法设计滞后校正控制器思路 1）“系统”根轨迹满足： 2）由“闭环性能指标”确定“闭环系统”主导极点位置sd；稳态误差系数Kp，Kv，Ka 3）需要确定的Gc(s)参数： 用根轨迹法设计滞后校正控制器思路 4）Gc(s)参数z，p对系统根轨迹的影响： 用根轨迹法设计滞后校正控制器思路 4）稳态误差要求确定Gc(s)参数z，p： 8.7 用根轨迹方法设计滞后校正网络 例6 滞后校正网络设计。设计要求为：主导极点的阻尼系数为ζ=0.45，系统的速度误差系数为20。 8.7 用根轨迹方法设计滞后校正网络 例7 滞后校正网络设计。设计要求为：主导极点的阻尼系数为ζ=0.707，系统的速度误差系数为20。 课前练习 E1:试设计一个合适的超前校正网络Gc(s),使闭环系统的主导极点阻尼系数为0.6,系统阶跃响应的调节时间为2.5s。 E2:接上题：将Gc(s)用如下网络实现，试设计各元器件参数。 国防科技大学自动控制系 Y(s) R(s) G(s) + - Gc(s) H(s) K + 干扰Td + 快、准、稳!!! Y(s) R(s) G(s) + - Gc(s) H(s) K + 干扰Td + KGc(s) 闭环系统 性能指标 闭环系统期望性能 (?d,?nd) 闭环系统 期望极点位置 sd=-xd±jyd Y(s) R(s) G(s) + - H(s) K Gc(s) 闭环系统 期望极点位置 sd=-xd±jyd KGc(s) 1.引入极点对根轨迹的影响 (1) (2) (3) 控制器不会采用纯极点控制 2.引入零点对根轨迹的影响 (1) (2) 2.引入零点对根轨迹的影响 (3) (4) (1)PD控制： (2)超前校正： (3)滞后校正： (4)PI控制： (5)PID控制： Y(s) R(s) + - Gc(s) H(s) K Y(s) R(s) + - Gc(s) H(s) K PI控制目的：不是