自动控制原理(2)

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1、自动控制原理扬州大学信息工程学院电气工程及自动化工程系1第六章线性系统的校正方法2第六章线性系统的校正方法本章主要内容：一、系统的设计与校正问题二、常用校正装置及其特性三、串联校正四、复合校正3本章将讨论如何根据被控对象及给定的技术指标要求设计自动控制系统。在工程实践中，由于控制系统的性能指标不能满足要求，需要在系统中加入一些适当的元件或装置去补偿和提高系统的性能，以满足性能指标的要求。这一过程我们称为校正。目前工程实践中常用的校正方式有串联校正、反馈校正和复合校正三种。第六章线性系统的校正方法4本章要求:1、了解

2、系统校正方式的结构和基本控制规律；2、掌握常用校正装置的频率特性及其作用；3、掌握选择校正装置的方法；4、重点掌握串联校正设计方法；5、掌握反馈校正、复合校正的设计方法；6、掌握指标验证的方法。第六章线性系统的校正方法5一、系统的设计与校正问题本节主要内容：1、控制系统的性能指标。2、系统带宽的确定3、校正方式4、基本控制规律66-1-1控制系统的性能指标1、稳态性能指标在控制系统设计中，采用的设计方法一般依据性能指标的形式而定。系统性能指标有频域指标与时域指标，目前，工程技术界多习惯采用频率法，故通常通过近似公式

3、进行两种指标的互换。二阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值谐振频率一、系统的设计与校正问题（1）7带宽频率截止频率相角裕度超调量调节时间或一、系统的设计与校正问题（2）8（2）高阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值超调量调节时间一、系统的设计与校正问题（3）96-1-2系统带宽的确定为使系统能够准确复现输入信号，要求系统具有较大的带宽；然而从抑制噪声角度来看，又不希望系统的带宽过大。此外，为了使系统具有较高的稳定裕度，希望系统开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为，但从要求系统具有较强的从噪声中辨识信号的能力来考

4、虑，却又希望处的斜率小于。由于不同的开环系统截止频率对应于不同的闭环系统带宽频率，因此在系统设计时，必须选择切合实际的系统带宽。一、系统的设计与校正问题（4）10一个设计良好的实际运行系统，其相角裕度具有左右的数值。要实现左右的相角裕度要求，开环对数幅频特性在中频区的斜率应为，同时要求中频区占据一定的频率范围，以保证在系统参数变化时，相角裕度变化不大。控制系统的带宽频率通常取为，且使处于范围之外，如图所示。一、系统的设计与校正问题（5）116-1-3校正方式按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联

5、校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串接于系统前向通道之中；反馈校正装置接在系统局部反馈通路之中。串联校正与反馈校正连接方式如图所示。一、系统的设计与校正问题（6）12前馈校正又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用的校正方式。如图所示。一、系统的设计与校正问题（7）13复合校正方式是在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成一个有机整体，如图所示。一、系统的设计与校正问题（8）146-1-4基本控制规律1比例控制规律具有比例控制规律的控制器，称为P控制器，如图

6、所示。其中称为P控制器增益。P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在串联校正中，加大控制器增益，可以提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至造成闭环系统不稳定。因此，在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律。一、系统的设计与校正问题（9）152比例-微分控制规律具有比例－微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出与输入的关系如下式所示：为比例系数；为微分时间常数。PD控制器中的微分控制规律，能反应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

7、，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统动态性能的改善。一、系统的设计与校正问题（10）163积分（Ⅰ）控制规律具有积分控制规律的控制器，称为Ⅰ控制器。Ⅰ控制器的输出信号与其输入信号的积分成正比，即其中为可调比例系数。在串联校正时，采用Ⅰ控制器可以提高系统的型别（无差度），有利于系统稳态性能的提高，但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生的相角滞后，对系统不利。因此，在控制系统的校正设计中，通常不宜采用单一的Ⅰ控制器。一、系统的设计与校正

8、问题（11）174比例-积分控制规律具有比例-积分控制规律的控制器，称PⅠ控制器。式中，为可调比例系数；为可调积分时间常数。在串联校正时，PⅠ控制器相当于增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PⅠ控