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：第二十二讲 反馈控制系统设计（三）.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 第八章 作业 E10.1，E10.7，E10.14 P10.1，P10.11， P10.12， P10.14， P10.15 第八章 反馈控制系统设计（根轨迹法） 教学要求：(教材第十章) 主要内容：控制器设计思想；串联校正环节特性；相位超前、相位滞后、积分校正控制器的根轨迹设计方法。 基本要求：掌握超前、滞后、积分校正控制器设计方法 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： 8.1 控制系统设计思路 2、闭环系统性能: 瞬态性能：超调量、调节时间 稳态性能：稳态误差 应用根轨迹法控制器设计思路 应用根轨迹法控制器设计思路 8.1 控制系统设计思路 3、控制系统设计原则 在工程实践中，只要条件允许，都尽可能通过改进受控对象自身的品质特性来提高控制系统的性能，这是最简单有效的办法。 8.1 控制系统设计思路 4、控制系统一般结构 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 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 1. 一阶相角超前校正网络（根轨迹观点）： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 1.一阶相角超前校正网络（根轨迹观点）： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 1.一阶相角超前校正网络（根轨迹观点）： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 一阶相角超前校正网络的一个实现： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 一阶相角超前校正网络的一个实现： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 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： 用根轨迹法设计超前校正网络思路 4）由幅值条件确定Gc(s)参数K： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1 Ⅱ型系统的超前校正网络设计。设计要求：闭环系统调节时间Ts?4s，超调量?35% 阻尼系数与超调量之间的关系 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(1) 首先由闭环性能指标确定闭环系统期望主导极点位置： 调节时间约束为： 超调量约束为：PO?35% 所以闭环期望主导极点位置为： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(2) sd应该满足校正后的根轨迹方程 一般把零点z放在主导极点的正下方 所以z=1 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(3) 根轨迹的相角方程为 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(4) 由幅值方程求取对应的K值 (5)完整的控制器为： (6)相应的根轨迹为： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(7)求取闭环系统第3个极点 闭环特征方程为： 仅考虑s2的系数有 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(8)完整的闭环传递函数为 显然第3个闭环极点、零点离闭环主导极点太近。需要引入前置滤波器F(s),消除第3个闭环极点、零点的影响： 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(9)完整的控制系统结构为 相当于 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(10)超前校正的实现 8.5用根轨迹方法设计超前校正网络 例1解：(10)超前校正的实现 8.5 用根轨迹方法设计超前校正网络 练习1 I型系统的超前校正网络设计。设计要求：阻尼系数0.45，调节时间小于等于8/9秒 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