第6章 自动控制系统的校正c

《第6章 自动控制系统的校正c》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、镇江高等专科学校备课用纸第6章自动控制系统的校正　　【内容提要】　　在系统性能分析的基础上，当系统性能指标不能满足技术要求时，就可以对系统进行校正，以改善系统的性能。本章将从开环对数频率特性(Bode图)出发，去分析串联校正对系统动、稳态性能的影响；从传递函数出发，去分析反馈校正和前馈补偿对系统动、稳态性能的影响。并通过BATLAB的SIMULNK模块，对系统进行仿真，来显示校正对系统性能改善的具体情况。　　若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有的系统中，有目的地增添一些装置和元件，人为地改变系统的结构和性能，使

2、之满足所要求的性能指标，我们把这种方法称为“系统校正”（SystemCompensation）。　　系统校正分类如下表所示：6.1校正装置6.1.1无源校正装置（PassiveCompensator）无源校正装置通常是由一些电阻和电容组成的两端口网络。表6-1列出了几种典型的无源校正装置。　　无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减；且输入阻抗较低，输出阻抗又较高。表6-1　几种典型的无源校正装置《自动控制》（6）131/131镇江高等专科学校备课用纸  相位滞后校正装置相位超前校正装置相

3、位滞后－超前校正装置 RC网络线路 传递函数伯德图《自动控制》（6）131/131镇江高等专科学校备课用纸6.1.2有源校正装置（ActiveCompensator）　　有源校正装置是由运放器组成的调节器。表6-2列出了几种典型的有源校正装置。有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低。它的缺点是线路较复杂，需另外供给电源(通常需正、负电压源)。表6-2　几种典型的有源校正装置 比例-积分（PI）调节器比例-微分（PD）调节器校正装置传递函数伯德图《自动控制》（6）131/131镇江高等专科学校备课用纸比例-积分-

4、微分（PID）调节器（1）比例-积分-微分（PID）调节器（2）校正装置传递函数伯德图《自动控制》（6）131/131镇江高等专科学校备课用纸6.2串联校正串联校正(SeriesCompensation)是将校正装置串联在系统的前向通路中，来改变系统结构，以达到改善系统性能的方法。6.2.1比例(P)校正(ProportionCompenation)　　图6-1为一随动系统框图，图中为随动系统的固有部分。　　其开环传递函数为：　　若其中K1=35，T1=0.2s，T2=0.01s。图6-2为比例校正对系统性能的影响。图

5、6-1具有比例校正的系统框图　　　若采用SIMULINK软件对系统进行仿真分析，结果如下图所示：对应的单位阶跃响应曲线　《自动控制》（6）131/131镇江高等专科学校备课用纸图6-2比例校正对系统性能的影响降低系统增益后：　　①使系统的相对稳定性改善，超调量下降，振荡次数减少。　　②增益降低为原来的1/2，系统的稳态精度变差。　　综上所述：降低增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。当然，若增加增益，系统性能变化与上述相反。调节系统的增益，在系统的相对稳定性和稳态精度之间作某种折衷的选择，以满足(或兼

6、顾)实际系统的要求，是最常用的调整方法之一。6.2.2比例-微分(PD)校正(Proportional-DerivativeCompensation)(相位超前校正)　　　　　图6-4具有比例微分(PD)校正的系统框图《自动控制》（6）131/131镇江高等专科学校备课用纸　　Kc=1(为避开增益改变对系统性能的影响)，同时为简化起见，这里的微分时间常数取τ=T1=0.2s，这样，系统的开环传递函数变为:　其对数频率特性曲线(伯德图)如图6-5所示。同理，可以应用MATLAB软件，求取校正后系统的单位阶跃响应曲线，如图

7、6-6所示。　图6-6对应的开环传递函数为的单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线　　图6-5比例微分校正对系统性能的影响结论：增设PD校正装置后：　①《自动控制》（6）131/131镇江高等专科学校备课用纸比例微分环节使相位超前的作用，可以抵消惯性环节使相位滞后的不良后果，使系统的稳定性显著改善。　　②使穿越频率ωc提高(由13.5rad/s提高到35rad/s)，从而改善了系统的快速性，使调整时间减少(因ωc↑→ts↓)。调整时间ts由2.5秒→0.1秒。　　③比例微分调节器使系统的高频增益增大，而很多干扰信号都是高频信

8、号，因此比例微分校正容易引入高频干扰，这是它的缺点。　　④比例微分校正对系统的稳态误差不产生直接的影响。　　综上所述，比例微分校正将使系统的稳定性和快速性改善，但抗高频干扰能力明显下降。由于PD校正使系统的相位前移，所以又称它为相位超前校正。6.2.3比例-积分(PI)校正(ProportionalIntegra