反馈校正及PID控制器.ppt

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1、校正装置分类反馈校正自动控制理论减弱参数变化对系统性能的影响；——开环系统与闭环系统的区别比例负反馈可扩展其包围环节的带宽消除系统不可变部分中的不希望有的特性。设G2(s)为不希望有的特性，令H(s)为反馈控制器，则虚线部分传函为：消除系统不可变部分中的不希望有的特性自动控制理论例1已知角度控制系统方框图如图所示要求σp<=10%,ts<=0.25s(2%)，求放大器K1及反馈系数K2的值。解题思路：图示系统为二阶系统，因此可利用系统闭环传函与二阶系统标准型进行比较，求得阻尼比ξ及ωn，并利用已知条件σp、ts求出K1、K2的值。自动控制理论二阶系统标

2、准型为有解方程组，有K1=148.2,K2=0.017.自动控制理论解：闭环传函为例2已知控制系统方框图如图所示。求放大器增益K1及测速反馈增益K2值，使系统校正后满足下述指标：(1)稳态速度误差系数Kv>=5s-1;(2)闭环系统阻尼比ξ=0.5;解题思路：求取开环传函，利用已知Kv求得第一个方程；求取闭环传函，利用已知ξ求得第二个方程。两个方程联合，求出K1、K2的值。自动控制理论闭环传函为对比标准型，有联合求解，有K1=1.25,K2=0.15。自动控制理论解：系统开环传函为串联PID控制器自动控制理论P－Proportional比例:KpI－I

3、ntegral积分:1/(Tis)D－Differentional微分:Tds图1具有PID控制器的闭环系统自动控制理论定义：所谓PID控制规律，就是一种对偏差信号ε(t)进行比例、积分和微分变换的控制规律。校正装置传函：P调节器可以提高系统开环增益而不影响相位，减少稳态误差，提高系统响应快速性。但会降低系统稳定性，所以很少单独使用。1)P调节器PID控制规律自动控制理论2)PI调节器PI调节器可以提高系统型号，减小系统的稳态误差。但由于相位裕度有所下降，所以稳定性变差。因此只用于原系统稳定裕度足够大时才被采用。图2PI控制器Bode图PID控制规律自

4、动控制理论3)PD调节器PD调节器可以增加系统的相位裕度，提高系统的稳定性；使穿越频率变大，响应速度加快。但高频段抗干扰力减弱。图3PD控制器Bode图PID控制规律自动控制理论4)PID调节器通过选择PID各部分的参数，使积分部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；使微分部分发生在系统频率特性的高频段，以改善系统的动态性能。图4PID控制器bode图PID控制规律自动控制理论一是理论计算设计法：依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。前提：需要精确的系统模型。二是工程设计法：依据工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、

5、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。但工程设计法只是PID参数的初步调节！PID控制器工程设计方法Ziegler和Nichols在大量实验基础上，提出了PID参数整定的Z-N规则，工程上非常实用。Z-N法则调节目标：使被控系统的阶跃响应具有25%的超调量。Z-N法则自动控制理论Z-N临界增益法(临界比例法)：令Ti=∞，Td=0，调节增益K，直至系统出现等幅正弦振荡，记录此时系统的增益值Kc和振荡周期Tc(s)。图5阶跃响应临界稳定状态自动控制理论PID控制器工程设计方法若已知系统传递函数，则可精确计算临界稳定增益Kc和振荡周期Tc。方法一：Routh判

6、据法通过Routh判据计算系统临界稳定时的K值和振荡频率ω，则有方法二：幅值裕度法求取相角为-180º时的频率ωm和系统的幅值裕度Kg，则有自动控制理论PID控制器工程设计方法图6较理想的阶跃响应