第七章控制系统综合校正ppt课件.ppt

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1、2010年控制工程基础(第七章）7控制系统的综合校正7.1系统的性能指标7.2系统的校正概述7.3串联校正7.4反馈校正7.5用频域法对系统进行设计与校正7.6机电反馈控制系统综合校正举例7.7确定PID参数的其它方法常用的时域指标有：最大超调量；调整时间；峰值时间；上升时间；7.1系统的性能指标开环频域指标——开环剪切频率(rad/s)；——相位裕量(°)；——幅值裕量；——静态位置误差系数；——静态速度误差系数；——静态加速度误差系数。闭环频域指标——谐振角频率；——闭环截止频率，频率的范围称为系统的闭环带宽。

2、——复现频率，当频率超过，输出就不能“复现”输入，所以，表示复现低频正弦输入信号的带宽，称为复现带宽，或称为工作带宽；——相对谐振峰值，，当时，与在数值上相同；综合性能指标(误差准则)1.误差积分性能指标误差：因为所以在无超调的情况下，误差总是单调的，因此，系统的综合性能指标可取为例1从使I减小的角度看，K值选得越大越好。解:当时，误差的拉氏变换为有设单位反馈的一阶惯性系统方框图如下图所示，试确定能使I值最小的K值。2．误差平方积分性能指标若给系统以单位阶跃输入后，其输出过程有振荡时，系统的综合性能指标可取为

3、7.2系统的校正概述校正的分类：串联校正、反馈校正、顺馈校正和干扰补偿7.3串联校正超前校正其传递函数为令超前校正网络超前校正网络的频率特性超前校正网络的作用增强稳定性；提高快速性(带宽增加)；不能改善稳态精度。滞后校正其传递函数为令滞后校正网络滞后校正网络的频率特性滞后校正网络的作用以牺牲快速性(带宽减小)来换取稳定性；允许适当提高开环增益，以改善稳态精度。滞后-超前校正其传递函数为令滞后-超前校正网络滞后-超前校正网络的频率特性PID调节器在机电控制系统中，最简单最通用的校正装置是比例-积分-微分校正装置，简称

4、为PID校正装置或PID控制器。这里P代表比例，I代表积分，D代表微分。PID控制具有以下优点：(1)原理简单，使用方便。(2)适应性强，可以广泛应用于机电控制系统，同时也可用于化工、热工、冶金、炼油、造纸、建材等各种生产部门。(3)鲁棒性（Robust）强，即其控制品质对环境和模型参数的变化不太敏感。比例调节器(P调节)式中称为比例增益。其传递函数表示为在比例控制器中，调节规律是：控制器的输出信号与偏差成比例。其方程如下：从减小偏差的角度出发，我们应该增加;但另一方面，增加通常导致系统的稳定性下降。因此在设计时必

5、须合理地优化。在积分控制器中，调节规律是：偏差经过积分控制器的积分作用得到控制器的输出信号。其方程如下：积分调节器(I调节)式中称为积分增益。其传递函数表示为：积分控制器的显著特点是无差调节。在微分控制器中，调节规律是：偏差经过微分控制器的微分作用得到控制器的输出信号，即控制器的输出与偏差的变化速率成正比。其方程如下：微分调节器(D调节)式中称为微分增益。其传递函数表示为：微分调节器对被调量的变化趋势进行调节，及时避免出现大的偏差。由于微分控制器的相位始终是超前的，同时为了避免微分引起高频噪声增加而通常在分母增加一

6、阶环节，因此超前校正通常也认为是近似的微分校正。一般情况下，直接对检测信号进行微分操作会引入很大的冲击，造成某些器件工作不正常。另外，对于噪声干扰信号，由于其突变性，直接微分将引起很大的输出，即直接微分会造成对于线路的噪声过于敏感。故而对于性能要求较高的系统，往往使用检测信号速率的装置来避免对信号的直接微分。比例、积分、微分控制器各有其优缺点，对于性能要求很高的系统，单独使用以上任何一种控制器达不到预想效果，可组合使用。PID调节器的方程如下：PID调节器其传递函数表示为：比例积分(PI)控制器是令为0得到的，其方

7、程如下：其传递函数表示为：由于在PID控制器中，可供选择的参数有、和3个，因此在不同的取值情况下可以得到不同的组合控制器。比例控制器就是使和为0，积分控制器是使和为0，微分控制器是使和为0得到的。常用的组合控制器有比例-积分(PI)控制器和比例-微分(PD)控制器。对于PI控制器，它综合了P、I两种控制器的优点，利用P调节来快速抵消干扰的影响，同时利用I调节来消除稳态误差。对于PD控制器，由于引入了适当的微分动作后可以采用较大的比例系数，因此不但提高稳定性，而且可以减小短期的最大偏差和提高了快速性。其传递函数表示为

8、：比例微分(PD)控制器则令为0得到，其方程如下：反馈校正可理解为现代控制理论中的状态反馈，在控制系统中得到了广泛的应用，常见的有被控量的速度反馈、加速度反馈、电流反馈、以及复杂系统的中间变量反馈等。7.4反馈校正在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电枢电流等，都是常用的反馈变量，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感器，如测速电机、加速度计、电流互感器等