自动控制理论第二十三讲.pptVIP

自动控制理论第六章线性系统的校正CHANG’ANUNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院自动控制理论第六章线性系统的校正CHANG’ANUNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院第二十三讲常用校正装置和校正依据主要内容第三节常用校正装置及特点一、无源校正装置与有源校正装置的特点二、无相移校正装置三、相位超前校正装置四、相位滞后校正装置五、相位滞后—超前校正装置第四节校正装置设计的方法和依据一、设计方法二、设计依据和一般步骤三、频域性能指标的确定四、频率特性设计方法第三节常用校正装置及特点校正装置无源校正装置有源校正装置无相移校正装置相位超前校正装置相位滞后校正装置相位滞后—超前校正装置无相移校正装置相位超前校正装置相位滞后校正装置相位滞后—超前校正装置PPDPIPIDPPDPIPID一、无源校正装置与有源校正装置的特点有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。缺点：特性容易漂移。无源校正网络：阻容元件优点：校正元件的特性比较稳定。缺点：由于输出阻抗较高而输入阻抗较低，需要另加放大器并进行隔离;没有放大增益，只有衰减。二、无相移校正装置（比例控制）1、传递函数2、实现形式无源网络放大器3、Bode图三、相位超前校正装置（PD校正）1、传递函数2、实现形式采用阻容网络实现PD校正装置时α的取值1）受超前校正装置物理结构的限制；2）α太小，通过校正装置的信号幅值衰减太严重。近似地实现PD控制实用PD控制电路一般取α1/20几点说明：3、Bode图整个系统的开环增益下降?为满足稳态精度的要求，必须提高放大器的增益予以补偿。近似PD校正装置在整个频率范围内都产生相位超前。?相位超前校正。串联校正时转角频率1/T，?/T的几何中点α↓??m?α=1/20时，?m?65°高通滤波特性，α值过小对抑制系统高频噪声不利。相位超前?系统带宽?动态性能?噪声?为保持较高的系统信噪比，通常选择α＝1/10(此时?m=55°)。最大超前角在1/T和1/?T间引入相位超前使中频段抬升四、相位滞后校正装置（PI校正）1、传递函数2、实现形式3、Bode图在整个频率范围内相位都滞后，?相位滞后校正。转角频率1/βT，1/T的几何中点。开环对数幅频特性的中高频部分??增益交界频率??稳定裕量?串联校正时开环对数幅频特性的低频部分??稳态精度?β越大，相位滞后越严重。应尽量使产生最大滞后相角的频率ωm远离校正后系统的幅值穿越频率ωc，否则会对系统的动态性能产生不利影响。常取滞后校正装置实质上是一个低通滤波器，它对低频信号基本上无衰减作用,但能削弱高频噪声，β越大，抑制噪声能力越强。通常选β=10左右。增益降低使得?c减小。对于不稳定的系统对于稳定的系统提高稳态准确度，1/T和1/βT向左远离?c，使?c附近的相位不受滞后环节的影响。五、相位滞后—超前校正装置（PID校正）1、传递函数2、实现形式滞后-超前校正滞后-超前校正3、Bode图前半段是相位滞后部分,在低频段提高增益，以改善系统的稳态性能。后半段是相位超前部分,可以提高系统的相位裕量,加大幅值穿越频率，改善系统的动态性能。第四节校正装置设计的方法和依据一、设计方法控制系统设计的内涵：根据系统性能指标要求确定控制器的结构形式和参数，并实现之。1、根轨迹设计方法系统性能指标闭环主导极点位置系统参数根轨迹加入校正装置主要问题：(1)、设计何种控制规律(2)、过程复杂2、频率特性设计方法系统性能指标期望的频率特性系统固有部分频率特性加入校正装置系统固有部分传递函数优点：（1）、开环频率特性图容易绘制?简便（2）、系统结构参数与系统性能关系清晰?直观二、频率特性设计方法的一般步骤（1）绘制固有部分的开环伯德图（2）列出控制系统需要满足的性能指标（3）校正后的开环伯德图（期望开环频率特性）（4）求出校正装置的伯德图（5）求出校正装置的传递函数（6）确定校正装置的结构和参数三、性能指标的确定1、控制系统的主要性能指标(1)以系统的单位阶跃响应为基础而提出的性能指标上升时间tr、超调量Mp、调节时间ts(2)以系统闭环频率特性为基础而提出的性能指标谐振峰值Mr、谐振频率ωr、带宽ωb(3)以系统开环频率特性为基础而提出的性能指标系统开环伯