机械控制基础6-系统的性能指标与校正

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1、第六章系统的性能指标与校正本章主要教学内容6.1系统性能指标及其校正6.2串联校正6.4顺馈校正6.3反馈校正6.2节为本章难点和重点16.1系统性能指标及其校正本节教学内容6.1.1控制系统设计概述6.1.2控制系统性能指标6.1.3校正的主要类型本节教学要求1.了解系统设计的目的和改变系统性能的方法3.了解对系统性能进行校正的各类校正方法2.了解衡量系统性能的各种指标类型及其特点26.1系统的性能指标闭环控制系统的组成——由被控对象，执行元件，测量元件，给定、比较元件和放大、控制元件组成。6.1.1系统设计概述在闭

2、环控制系统中，通常只有放大、控制元件是可以调整的，因此可以通过调整放大、控制元件的结构参数来改善系统的性能。执行元件执行控制信号，实现对被控对象的调节，如伺服电动机、伺服作动器等。测量元件用于检测系统输出，产生反馈信号，表现为各类形式的传感器。给定比较元件产生指令信号，并与反馈信号比较产生偏差信号。如电位计、运算放大器等等。放大控制元件对偏差信号进行运算，产生控制信号，如电压、电流放大器，功率放大器等。36.1系统的性能指标6.1.1系统设计概述改变系统性能最简单的方法是调整增益。但在大多数情况下，只调整增益不能使系统

3、的性能得到充分的改变，以满足给定的性能指标.L()()00180º1=0G(s)G(s)/Kc1c降低增益——相角裕量增加稳态误差增加46.1系统的性能指标6.1.1系统设计概述控制系统的设计任务：根据被控对象的性质及其对控制的要求，选择适当的控制方法及控制规律，设计一个满足给定性能指标的控制系统。要使系统性能得到全面改善,应当对系统进行校正。减小增益原系统校正后的系统校正(补偿)——通过改变系统结构，或在系统中增加附加装置或元件对已有的系统(固有部分)进行再设计使之满足性能要求。控制系统的设计本质

4、上是寻找合适的校正装置。56.1系统的性能指标时域性能指标6.1.2控制系统性能指标延迟时间td上升时间tr峰值时间tp最大超调量Mp调整时间ts指系统在单位阶跃输入下,其动态响应的一些特征参数，它包括五个指标:瞬态性能指标稳态性能指标指系统的稳态误差，它是指过渡过程结束后，希望输出量与实际输出量之间的差值，其与系统型次、开环增益和信号类型有关，下图为同一系统的阶跃和斜坡响应。指令信号系统输出66.1系统的性能指标6.1.2控制系统性能指标频域性能指标——衡量系统的频率响应质量，即系统在正弦输入信号作用下，其输出的幅值

5、和相位与输入信号频率的关系特性。开环幅值穿越频率c相位裕度幅值裕度Kg开环频域指标系统开环穿越频率c可近似为系统的闭环频宽，是系统响应快速性的指标；而、Kg则是系统响应平稳性的指标。闭环频域指标谐振频率r及谐振峰值Mr复现频率m及复现带宽0m截止频率b及带宽0b谐振峰值Mr是系统响应平稳性的量度；m、b是响应快速性的指标。76.1系统的性能指标综合性能指标——通常是以误差的积分或求和的形式给出，是系统性能的综合测度（如动、静态误差）。通过使系统性能指标最小，可获得在一定条件下的最优或近似最优控

6、制系统。误差平方积分性能指标允许系统有超调(不会出现误差的正负抵消).重视大的误差.能迅速减小误差,但易产生振荡.可通过对I求某个参数的导数,取得该参数的最优值.广义误差平方积分性能指标式中a为给定的加权系数，反映了对误差变化速率的重视程度；该指标使误差e(t)及其变化率都较小，使过渡过程快速、平稳结束;可通过对I求某个参数的导数，求取该参数的最优值.误差积分性能指标在无超调的情况下，误差e(t)=xor(t)-xo(t)是单调的，该指标的目的是使过渡过程时间尽可能短。86.1系统的性能指标例设一阶系统时间常数为T，

7、其单位阶跃响应为求使最小的T值（值给定）。6.1.2控制系统性能指标96.1系统的性能指标6.1.3校正的主要类型校正装置串联在控制系统的前向通道上，是系统的主要校正方式.串联校正设计较简单,容易对信号进行各种必要的变换,但需注意负载效应的影响.串联校正校正方式取决于——系统中信号的性质；技术方便程度；可供选择的元件；其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）；经济性…校正装置串联在控制系统的反馈通道上。多用于局部闭环以改善零、部件的性能，也称为并联校正。反馈校正用于补偿系统的已知干扰和信号变化。顺馈校正也属于并联校正。

8、顺馈校正10本节教学内容本节教学要求6.2串联校正6.2.1相位超前校正*6.2.2相位滞后校正6.2.3相位滞后-超前校正1.了解串联校正的基本原理和基本类型3.熟悉三种串联校正频域特性和适用场合2.熟悉超前校正、滞后校正装置的设计方法116.2串联校正相位超前校正网络6.2.1相位超前校正无源阻容网络传递函数其中频率特性校正装