自动控制原理第五版课件(第六章-第1讲)

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1、第六章控制系统的校正方法基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制器的设计，这项工作称为对控制系统的校正。前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基本方法，就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。本章讨论另一命题，即如何根据系统预先给定的性能指标，去设计一个能满足性能要求的控制系统。所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。工程实践中常用的校正方法，串联校正、反馈校正和复合校正

2、。目前，工业技术界多习惯采用频率法，故通常通过近似公式进行两种指标的互换。6.1系统的设计与校正问题6.1.1控制系统的性能指标时域指标稳态：型别、静态误差系数动态：超调、调整时间频域指标闭环带宽、谐振峰值、谐振频率截止频率、幅值裕度和相位裕度二阶系统频域指标与时域指标的关系谐振频率带宽频率截止频率相位裕度(6-5)谐振峰值(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)超调量调节时间(6-7)(6-6)6.1.2系统带宽的选择6.1.2系统带宽的选择带宽频率是一项重要指标。如果输入信号的带宽为则(6-11)选择要求图6-1系

3、统带宽的选择噪声输入信号校正方式串联校正反馈校正校正装置校正装置前馈校正复合校正6.1.3校正方式前馈校正复合校正(b)前馈校正（对扰动的补偿）(a)前馈校正（对给定值处理）(b)按输入补偿的复合控制反馈校正不需要放大器，可消除系统原有部分参数波动对系统性能的影响串联校正串联校正装置有源参数可调整在性能指标要求较高的控制系统中，常常兼用串联校正和反馈校正6.1.4基本控制规律（1）比例（P）控制规律（a）P控制器提高系统开环增益；输入和输出关系：结构图如右：传递函数：实质是一个可调增益的放大器。只改变信号的增益而不影响

4、其相位，特点：减小系统稳态误差；降低系统的相对稳定性。6.1.4基本控制规律（2）比例微分（PD）控制规律微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。输入和输出关系：结构图如右：传递函数：特点：在串联校正时，可使系统增加一个-1/τ开环零点,使系统的相角裕度提高，有助于系统动态性能的改善。(b)PD控制器P896.1.4基本控制规律（3）积分（I）控制规律采用I控制器可以提高系统的型别（无差度），有利提高系统稳态性能；输入和输出关系：结构图如右：传递函数：特

5、点：增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90度的相角滞后，于系统的稳定不利。（c）I控制器Ti=1/Ki可调积分系数不宜采用单一的I控制器6.1.4基本控制规律（4）比例-积分（PI）控制规律开环极点，提高型别，减小稳态误差，改善稳态性能，但降低了系统的稳定性；输入和输出关系：结构图如右：传递函数：特点：增加了开环零点，提高系统的阻尼程度，缓和I极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大，PI控制器对系统的不利影响可大为减小。PI控制器为可调比例系数为可调积分时间系数PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性

6、能6.1.4基本控制规律（5）比例（PID）控制规律输入和输出关系：结构图如右：传递函数：PID控制器如果通过调整参数，使I积分发生在低频段，稳态性能(提高)；使D微分发生在高频段，动态性能(改善)增加一个极点，提高型别，稳态性能两个负实零点，动态性能比PI更具优越性两个零点一个极点一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设计的要求

7、。6.2常用校正装置及其特性无源校正网络超前校正有源校正网络（1）无源超前校正滞后校正滞后超前校正1.无源校正假设该网络信号源的阻抗很小，可以忽略不计，而输出负载的阻抗为无穷大，则其传递函数为无源超前网络时间常数分度系数(a)(b)j采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降倍因此需要提高放大器增益加以补偿此时的传递函数超前网络的特点：带有附加放大器的无源超前校正网络超前网络的零极点分布故超前网络的负实零点总是位于负实极点之右，两者之间的距离由常数决定。可知改变和T(即电路的参数超前网络的零极点可在s平

8、面的负实轴任意移动。由于)的数值，对应式(6-19)得(6-20)(6-21)(6-19)20dB/dec显然，超前网络对频率在之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。故在最大超前角频率处具有最大超前角正好处于频率与的几何中心的几何中心为即几何中心为最大超前角频率求导