自动控制原理第六章 控制系统的综合与校正1ppt课件

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1、第六章控制系统的综合与校正§6-1引言§6-2超前校正参数的确定§6-3滞后校正参数的确定§6-4滞后－超前校正参数的确定§6-5用希望对数频率特性确定校正参数§6-6反馈校正参数的确定本章基本要求(1)熟悉三种基本校正网络的频率特征。(2)掌握期望特征对高中低三段的要求和特点。(3)重点掌握和熟练运用三种串联校正的设计方法和基本步骤;在正确理解三种串联校正网络在系统中作用的基础上，会灵活运用校正方法。(4)掌握反馈校正的一般方法。(5)掌握根轨迹校正的一般方法。一、基本概念当明确了被控对象后，根据技术指标来确定控制方案，进而选择传感器、放大器和执行

2、机构等就构成了控制系统的基本部分，这些基本部分称为不可变部分（除放大器的增益可适当调整，其余参数均固定不便）。当由系统不可变部分组成的控制系统不能全面满足设计需求的性能指标时，在已选定的系统不可变部分基础上，还需要增加必要的元件，使重新组合起来的控制系统能全面满足设计要求的性能指标，这就是控制系统的综合与校正问题。§6-1概述前几章的学习，我们讨论了控制系统的各种分析方法。也就是说在已知自动控制系统的结构和参数的情况下，计算或估算系统的性能指标（即看系统能不能稳定？快速性如何？二者均可了，还要看其精度如何？）----称为系统分析而在工程实际中，性能指

3、标往往是事先给定的，要求组成一个系统并选择合适的参数，以满足这些性能指标的要求。简言之：在已知被控对象，在给定性能指标的条件下，设一个满足给定性能指标的控制系统，这类工程问题称为系统设计系统设计包括选择控制方案、传感器、执行机构等组成一控制系统，为使系统满足性能指标的要求，添加校正装置----称为系统校正（综合）将校正装置串联在系统的输入端称为前置校正Gc(s)G(s)H(s)R(s)_C(s)干扰补赏校正P96图3-142、校正方法根轨迹法校正频率法校正3、校正的本质从前面的分析我们知道，系统的零、极点的分布对系统的性能影响很大。校正的本质：引入校

4、正装置的目的：就在于用附加零、极点办法来实现对系统的校正。其本质：本质就是改变原来的零、极点的分布情况。即改变系统的根轨迹或频率特性曲线的形状。以达到改善系统系统性能的目的。如控制系统的输入信号r(t)的频率响应R(jw)有如下特性：，当w≧wm，如左图所示，通常称0~wm为输入频宽。图6-3输入信号的频率特性二、输入信号与控制系统带宽由于输入信号多为低频信号因此输入信号的带宽较窄。在闭环幅频特性上，幅值等于的频率wb，称为系统的截止频率，对应的频率范围0~wb成为系统的频宽。图6-4典型闭环频率特性例如：左图中R(jw)为输入信号，频率较低；F(j

5、w)为干扰信号，而干扰信号集中起作用的带宽在w1~w2，刚好出与输入信号带宽之外，因此控制系统选择合适的带宽就能准确复现输入信号又能完全抑制扰动信号f(t)。对自动控制系统如何合理的选择带宽是很重要的。三、基本控制规律分析1．比例（P）控制规律2．积分（I）控制规律3．比例－微分（PD）控制规律4．比例－积分（PI）控制规律5．比例－积分－微分（PID）控制规律1．比例（P）控制规律具有比例控制规律的控制器称为比例控制器，又叫P调节器，因为比例控制器的输出信号能成比例地反映其输入信号，所以其运动方程为2．积分（I）控制规律具有积分控制规律的控制器称为

6、积分控制器，又称为I调节器。I控制器的输出信号能成比例地反映其输入信号的积分，即—r(s)C(s)m(s)3．比例－微分（PD）控制规律具有比例加微分控制规律的控制器称为比例－微分控制器，又称为PD控制器，其输出信号与其输入信号的关系为例6-1设具有PD控制器的控制系统，是分析比较加比例微分控制规律对系统性能的影响。R(s)_C(s)解：在没有加PD控制器时，给定系统的闭环特征方程为：举例R(s)_C(s)从特征方程中看出，该系统的阻尼比为0，此时系统的输出C(t)为一不衰减的等幅振荡曲线，系统处于理论上的临界稳定状态，实际上是一种不稳定状态。当系统

7、加入PD控制器后，此时系统的特征方程为：R(s)_C(s)R(s)_C(s)可见系统是稳定的：这是因为系统加入PD控制器后，提高了给定系统的阻尼比，使特征方程的s项的系数由原来的0变化到大于0（即特征方程的各项系数均存在，由原来的缺项变到不缺项）而系统的阻尼比可以通过调节PD控制器中的kp和来实现。微分环节只对动态有反应，而对无变化和变化极其缓慢的输入信号，没有控制作用，即相当于开路因此微分环节不能单独使用。微分环节对输入的高频信号反应特别敏感，而噪声等干扰信号大多为高频信号，因此容易堵塞放大器，对控制不利。注意4．比例－积分（PI）控制规律具有比例

8、－积分控制规律的控制器，称为比例－积分控制器，又称为PI控制器.PI控制器的输出信号能同时成比例地反应其输入