自动控制原理 第六章

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1、Chapter6第六章线性系统的校正方法1什么是系统的校正在系统中按某种方式，引入一些参数可调的机构或装置，使整个系统的特性能按需要改变，从而满足给定的各项性能。2校正的方法校正方式校正装置3本章的要求1）掌握常见的校正装置的结构、特性2）各种校正方法的原理，特性及设计步骤16-1概述6-1-1系统设计中的校正问题N(s)1系统设计R(s)E(s)M(s)Q(s)C(s)控制器执行元件被控对象被控参数选择-控制参数选择测量元件测量装置选择执行机构确定控制装置选择控制系统结构确定2校正问题——校正方式及控制装置即

2、系统结构的调整及控制规律的选择3校正的依据系统不可变部分特性及参数系统的性能指标2Chapter66-1-2系统的性能指标1性能指标合理性问题：不能过高——符合实际需要有所侧重——实现的可能性2设计方法与性能指标形式动态（暂态）指标性能指标稳态指标平稳性快速性时域开环频域低频段闭环频域闭环谐振峰值Mr闭环零频值36-1-3关于系统带宽ω的选择b1跟踪能力与抗扰能力R(jω)N(jω)输入信号一般为低频信号0ωMω1ωnω实际系统，扰动信号一般为高频信号Φ(jω)Φ(0)以一定精度跟踪输入信号要求系统抑制干扰信号

3、0ωbω显然ω1>ωb>ωM通常ωb=(5~10)ωM2稳定性与适应性良好的系统，要有一定的相对稳定性，一般γ≈450γ过低：动态性能↓，相对稳定性↓，对参数变化的适应能力变弱；γ过高：动态过程缓慢，且对各部件要求过高，实现困难；欲实现γ为450左右，在中频段斜率应为-20dB/dec，且中频占一定的范围，保证在系统参数变化时的相角欲度变化不大。中频段以后，系统幅频特性迅速下降，以消弱噪声对系统的影响。4Chapter66-1-4常用校正方式1串联校正与反馈校正N1）串联校正RCK对象_2）反馈校正串联校正的优

4、点：设计简单，方便，应用非常广泛。反馈校正的优点：往往用元件较少，可以抑制环内参数变化对系统的影响。串联校正和反馈校正是控制系统中最为常用的两种校正方式,在同一系统中，可以只采用串联校正或反馈校正，也可以同时采用。52前馈校正（顺馈校正）(1)按输入补偿控制器对象C_相当于对给定值信号进行整形或滤波后，再送入反馈系统。(2)按扰动补偿目的：对扰动影响进行补修。C控制器对象相当于对扰动信号进行变换后，加入系统，形成一条附加通道。把前馈校正作为反馈控制系统的附加校正，就构成了复合控制系统。6Chapter63复合校

5、正（1）具有输入补偿复合校正（2）具有扰动补偿的复合校正R(s)E(s)C(s)Gc(s)Gp(s)控制器对象C_-几点说明：1）常见的几种校正方式，均可单独使用，也可以组合使用。2）选择校正方案时，要综合考虑各种因素：(1)系统中信号的性质；(2)技术实现的方便性；(3)可供选用的元件；(4)抗扰性要求；(5)经济性要求；(6)环境条件等……76-1-4基本控制规律1基本控制规律（常规控制规律）G(s)=K1)比例(P)控制规律cpG(s)=K(1+τs)2)比例微分(PD)控制规律cp1G()s=3)积分(

6、I)控制规律cTsi14)比例积分(PI)控制规律Gc()s=Kp(1+)Tsi15)比例积分微分(PID)控制规律Gc()s=Kp(1++τs)Tsi2系统组成R(s)E(s)M(s)C(s)_Gc(s)G0(s)其中：Go(s)——广义对象；Gc(s)——控制器8Chapter63基本控制规律及对系统的影响1）P作用（P控制规律）R(s)E(s)M(s)C(s)Gc(s)G0(s)_数学描述：m(t)=Kpe(t)Gc(s)=KpKp——常数（通常Kp>1）作用：1）增大系统开环增益K开ess↓2)K开↑相

7、对稳定性↓2）PD作用（PD控制规律）de(t)数学描述：m()t=Kp(e()t+τ)Gc(s)=Kp(τs+1)dt其中：Kp——比例系数τ——微分时间常数作用：微分环节相位超前，即相频特性ϕc(ω)≥0所以通常可以提高系统的相稳定裕度，即提高阻尼比。9例6-1分析PD控制对系统性能的影响R(s)E(s)()M(s)1C(s)解：1)不加PD控制Gc(s)=1_Kp1+τs2Js2)加上PD控制可见，由于PD控制的引入，系统的ζ↑阻尼比→相对稳定性↑同时，ζ的调整可通过K和τ的调整实现。p注意：单纯的D控制

8、器在任何情况下都不宜与被控对象串联单独使用。通常是构成PD或PID用于实际系统。思考题：试用根轨迹图和Bode图说明系统性能的改善。10Chapter63）I作用（I控制规律）1t1数学描述：m()t=∫e()tdtGc()s=Ti——积分时间常数T0Tisi作用：提高系统的“型别”——对提高稳态精度有利(通常情况)但对稳定性不利，甚至有可能导致结构不稳定。例6-2系统如图，试分析积分