线性系统的校正方法《自动控制原理》.ppt

第六章线性系统的校正方法6-1概述一般控制系统的结构可由下图表示:执行机构被控对象r(t)y(t)实际中,一旦执行机构和被控对象选定后,其特性也确定.r(t)是给定的输入信号,y(t)是被控对象的输出信号,也叫被控量.当y(t)不满足人们所期望的要求时,就将输出y(t)反馈到输入端,构成如下的闭环系统:执行机构被控对象r(t)y(t)控制器e(t)检测变送器由图可知,给定的输入信号r(t)与实际输出y(t)的测量值进行比较得偏差信号e(t),控制器按e(t)的大小和方向以一定的规律给出控制信号推动执行机构动作使输出y(t)满足人们所期望的要求.控制器的本质是对其输入信号e(t)按某种运算规律进行运算,这种运算规律也叫控制规律.本章的内容仅涉及如何设计控制规律以满足人们对控制系统的性能要求.6-2输出反馈系统的校正方式与常用校正装置的特性输出反馈系统的校正方式基本分为两类,一是串联校正,如下图所示:校正装置与系统的广义对象串接在前向通道的校正方式叫串联校正.二是并联校正,如下图所示:校正装置与系统的某个或某几个环节反向并接,构成局部反馈,称为并联校正.在介绍校正的方法前,先介绍常用校正装置的一些特性.1.无源校正网络其传递函数为:一般用阻容四端网络构成无源校正网络.(1)无源超前网络(相位超前网络)其电路如下图所示:其零﹑极点在s平面上的位置及对数幅频和相频特性曲线见下图:超前网络的特点:(1)零点在极点的右边;(2)网络的稳态增益小于1,故对输入信号具有衰减作用;(3)从幅频曲线上看,有一段直线的斜率为正20分贝十倍频程,所以超前网络具有微分作用;(4)网络的最大超前相角发生在处,且显然,越大,也越大,微分作用也越强,但网络克服干扰信号的能力越差,分度系数的值一般不大于20.(2)无源滞后网络(相位滞后网络)网络传递函数为:滞后网络的电路图,零﹑极点在s平面上的位置及对数幅频和相频特性曲线见下图:滞后网络的特点:(1)零点在极点的左边;(2)网络的稳态增益等于1,故对输入信号具有低通滤波作用;(3)从幅频曲线上看,有一段直线的斜率为负20分贝十倍频程,所以滞后网络对高频信号或噪声有较强的抑制作用;(4)网络的最大滞后相角发生在处,且显然,越大,也越大,即相角滞后得越利害.使用滞后网络对系统进行校正,应力求避免使滞后网络的最大滞后相角发生在校正后系统开环幅值穿越频率(即截止频率)附近,引起相角裕度的减小,使系统动态性能变坏.因此在确定滞后网络的参数时,一般要求小于校正后系统开环幅值穿越频率(即截止频率)的十分之一.滞后网络在校正后系统开环幅值穿越频率处的滞后相角约等于(3)滞后—超前网络(相位滞后—超前网络)滞后—超前网络的电路图,零﹑极点在s平面上的位置及对数幅频和相频特性曲线见下图:领先滞后网络传递函数为:式(3)中:其它常用无源校正网络见教材P.231~P.232表6-12.有源调节器无源校正网络有以下几个不足之处:(1)稳态增益小于等于1;(2)级间联接必须考虑负载效应;当所需校正功能较为复杂时,网络的计算和参数调整很不方便.由于上述不足,实际中常用阻容电路和线性集成运放的组合构成校正装置,这种装置叫调节器.例如工业上常用的PID调节器.现仅对有源调节器的基本原理作一简单介绍.在下面的介绍中,为讨论问题方便起见,均认为运算放大器是理想的,即其开环增益无穷大,输入阻抗无穷大,输出阻抗等于零.(1)反向端输入的有源调节器反向端输入有源调节器的电路如下图:图中:是输入阻容网络的等效阻抗,是反馈阻容网络的等效阻抗,传递函数为:用不同的阻容网络构成﹑就可得到不同的调节规律.可见教材P.233表6-2典型的有源调节器.(2)同向端输入的有源调节器同向端输入有源调节器的电路如右图:其传递函数为:(3)用跟随器和阻容网络构成的有源调节器其传递函数为:其电路如下图:频率响应法校正设计1当工程上给出的系统性能指标为