自动控制原理6－1线性系统的校正方法.ppt

讨论： 在串联校正时，采用积分控制器可以提高系统的型别（无差度），有利于系统稳态性能的提高； 积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角滞后，对系统的稳定性不利。 在控制系统的校正设计中，通常不宜采用单一的积分控制器。 其中Kp为可调比例系数，Ti为可调积分时间常数。 在串联校正中，PI控制器相当于在系统中增加一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。 四、比例—积分( PI )控制规律 具有比例—积分控制规律的控制器，称为比例－积分(PI)控制器。则图6-6中 增加的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大，PI控制器对系统的稳定性的不利影响可大为减弱。 在实际控制系统中，PI控制器主要用来改善系统稳态性能。 例6-2 设比例－积分控制系统如图6-8所示，试分析PI控制器对系统稳态性能的改善作用 。 图6-8 比例—积分控制系统 解 接入PI控制器后，系统的开环传递函数为 可见，系统由原来的Ⅰ型系统提高到Ⅱ型系统。采用PI控制器后，系统的特征方程为 由劳斯判据Ti·KKpTi＞TTi· KKp可知，Ti T ，即调整PI控制器的积分时间常数Ti ，使之大于原有部分的时间常数T，可以保证闭环系统的稳定性。 特征方程为 具有比例－积分－微分控制规律的控制器，称为比例－积分－微分( PID )控制器。则图6－6中 五、比例—积分—微分( PID )控制规律 若4Td /Ti ＜1，则 式中 讨论： 利用PID控制器进行串联校正时，除可使系统的型别提高一级外，还将提供两个负实零点。 与PI控制器相比，PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统的动态性能方面，具有更大的优越性。 因此，在工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。PID控制器各部分参数的选择，将在现场调试时最后确定。 通常，应使积分部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；而使微分部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。 自动控制原理 第六章 线性系统的校正方法 引言 6.1 线性系统校正的概念 6.2 线性系统的基本校正规律 6.3 串联校正 6.4 反馈校正 6.5 复合校正 系统建模：微分/差分方程、传递函数、方框图、信号流图、频率特性、状态空间表达式等。 系统分析：时域分析、频域分析、根轨迹分析、状态空间分析等。 系统综合：校正、状态空间综合法、鲁棒优化法等。 引言 1.线性控制系统理论的基本内容 设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，单独进行控制器设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成自动控制任务。 校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件下，设计校正装置的传递函数和调整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。 两者区别：设计问题要求设计整个控制器，而校正问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。 2. 控制系统设计和校正 系统的基本部分（原有部分）：被控对象、控制器的基本部分——给定 系统的性能要求——给定 校正装置——需设计（未知） 通常是参数易于调整的专用装置（模电或数电装置） 校正方式多样化：串联校正、反馈校正、前馈补偿、复合校正等 3.校正问题的三要素 4.校正装置的实现 6.1 线性系统校正的概念 1. 常用时域性能指标 评价控制系统优劣的性能指标是由系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。 一、性能指标 超调量、调节时间、上升时间、稳态误差或开环增益等。 η θ 2. 常用的频域指标 闭环频域指标：峰值比Mr/M0、峰值频率ωr、带宽ωb。 开环频域指标：剪切频率ωc、相位裕度γ和增益裕度Kg 3. 常用的复数域指标 通常以系统闭环极点在复平面的分布区域来定义。 上述这些性能指标之间有一定的换算关系，但有时很复杂。 动态性能各指标之间对系统的参数与结构的要求往往存在矛盾。 稳态误差与稳定性对系统开环增益、积分环节数目的要求； 系统快速性与抑制噪声能力对带宽的要求。 4. 说明 性能指标通常由控制系统的使用单位或被控对象的制造单位提出。 一个具体系统对指标的要求应有所侧重 调速系统对平稳性和稳态精度要求严格； 随动系统对快速性期望很高。 性能指标的提出要有依据，不能脱离实际 负载能力的约束； 能源功率的约束等。 如果性能指标中以时域特征量给出时，一般采用时域法校正；如果性能指标中以频域特征量给出时，一般采用频率法校正。