自动控制原理 教学课件 ppt 作者 孙优贤 王慧 主编第六章-5 补偿器.ppt

* (5)确定滞后校正装置的传递函数。 校正后系统的开环传递函数 检验。 作出校正后系统的伯德图，求得=400，KV=5。所以，系统满足要求。 系统校正——串联滞后校正 * 　由上分析可知：在滞后校正中，我们利用的是滞后校正网络在高频段的衰减特性，而不是其相位的滞后特性。对系统滞后校正后： ① 改善了系统的稳态性能。 　滞后校正网络实质上是一个低通滤波器，对低频信号有较高的增益，从而减小了系统的稳态误差。同时由于滞后校正在高频段的衰减作用，使幅值穿越频率移到较低的频率，保证了系统的稳定性。 ② 响应速度变慢。 　滞后校正装置使系统的频带变窄，导致动态响应时间增大。 系统校正——串联滞后校正 * 　　超前校正和迟后校正的区别与联系 * PID调节器在工业控制中得到广泛地应用。它有如下特点： 1.对系统的模型要求低 　实际系统要建立精确的模型往往很困难。而PID调节器对模型要求不高，甚至在模型未知的情况下，也能进行调节。 2.调节方便 　　调节作用相互独立，最后以求和的形式出现的，人们可改变其中的某一种调节规律，大大地增加了使用的灵活性。 3.适应范围较广 　　一般校正装置，系统参数改变，调节效果差，而PID调节器的适应范围广，在一定的变化区间中，仍有很好的调节效果。 比例，积分、微分(PID)调节器 * PID调节器的运动方程为： 比例，积分、微分(PID)调节器 * 写成传递函数形式 　　　 不难看出，引入PID调节器后，系统的型别数增加了1，还提供了两个实数零点。因此，对提高系统的动态特性方面有更大的优越性。 比例，积分、微分(PID)调节器 * 比例－微分(PD)调节器及其控制规律 调节器的运动方程： 式中：KD=KpTD——微分调节器比例系数； TD——微分时间常数。 传递函数： * 为了说明调节器的物理意义，以二阶系统为例： 系统的开环传递函数： 以上分析可知： 　PD调节器的引入，相当于给原系统的开环传递函数增加了一个 s= －Kp / KD 的零点， 比例－微分(PD)调节器及其控制规律 * 由以上分析可知： 微分控制是一种 “预见” 型的控制。它测出 e(t) 的瞬时变化率，作为一个有效早期修正信号，在超调量出现前会产生一种校正作用。 如果系统的偏差信号变化缓慢或是常数，偏差的导数就很小或者为零，这时微分控制也就失去了意义。 注意：模拟PD调节器的微分环节是一个高通滤波器，会使系统的噪声放大，抗干扰能力下降，在实际使用中须加以注意解决。 比例－微分(PD)调节器及其控制规律 例6-24：试分析比例调节器引入前后性能的变化 解： 当Kp=1时，ζ=1.2，处于过阻尼状态，无振荡，ts很长。 当Kp=100时，ζ=0.12，处于欠阻尼状态，超调量σp=68%。 当Kp=2.88时，ζ=0.707，处于欠阻尼状态，σp=4.3%，ts=0.17s, 此时较理想。 比例－ (P)调节器及其控制规律 对系统引入比例微分调节器 单位阶跃输入下的系统输出： 上页： Kp=1、 KD=0 时， ζ=1.2 这里： Kp=100、 KD=0.88 时， ζ=3.16 系统的阻尼明显地增加了，超调得到了抑制。 比例－ (P)调节器及其控制规律 比例－积分(PD)调节器及其控制规律 PI调节器的传递函数 令 则 可见：引入PI调节器后，闭环系统由原来的Ⅰ型系统变成了Ⅱ型系统，对改善系统的稳态特性是有好处的。 另一方面由于系统的阶次提高，系统的稳定性下降了。如果Kp、KI选择不当，很可能会造成不稳定。 比例－积分(PD)调节器及其控制规律 * 本章小结 Bode 图 (对数坐标图) 极坐标图 Nyquist稳定判据 相角裕度和幅值裕度以及与稳定性的关系 闭环频率响应 系统校正 * 解：（1）由图，G0(S) 有3个环节： 又由图知： 在低频段， 　代入： 解之： 故: 系统校正——串联校正例题 * 解：（2）加上串联校正环节GC(s)后的虚线代表的传递函数也可求出：　　 不同的是： G0(s) 已知，G0(s) GC(s)亦已求出，则GC(s)＝G0 (s)GC (s)/G0(s) 系统校正——串联校正例题 * 超前校正的主要作用是在中频段产生足够大的超前相角,以补偿原系统过大的滞后相角。超前网络的参数应根据相角补偿条件和稳态性能的要求来确定。 R1 R2 C