自动控制原理课件第六章.ppt

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1、第六章控制系统的校正基本内容6.1控制系统校正的一般概念6.2校正装置及其特性6.3频域法串联校正6.4根轨迹法串联校正6.5频域法反馈校正基本要求正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后-超前三种校正的特性及对系统的影响。掌握基本的校正网络及运算电路。熟练掌握串联校正(串联超前、串联滞后)的频率域设计步骤和方法。了解串联校正的根轨迹设计步骤和方法。正确理解反馈校正的特点和作用。能通过传递函数分解为典型环节的方法，比较说明加入反馈局部校正的作用。1、系统校正被控对象确定后，根据要求的控制目标，对控制器的进行设计的过程叫作系统校正。6.1控制系统校正的一般概

2、念2、控制目标-性能指标稳态性能指标：2.暂态性能指标：调节时间延迟时间超调量σ%上升时间峰值时间时域：复数域指标是系统的二阶闭环主导极点的阻尼比和无阻尼振荡角频率、阻尼振荡角频率。常用频域指标:谐振峰值带宽角频率相频裕度截止频率开环：闭环：当被控对象给定后，设计一个实际的控制系统一般要确定：（1）根据所要求的被控信号的最大速度或速度等，初步选择执行元件的形式、特性和参数。（2）根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素，选择测量元件。（3）根据执行元件的功率要求，选择功率放大器；根据系统设计增益的要求确定增益

3、可调的前置放大器。若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数，不能使得系统性能指标满足要求，则要在系统中加入参数及特性可调整的校正装置。3、为什么校正？4、用什么校正？校正装置——为了改善系统性能，引入的附加装置叫作校正装置，也叫补偿器；校正装置可以是电气的、机械的、气动的、液压的或其他形式的元件组成；电气的校正装置分为有源的和无源的两种，应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。1.串联校正：控制器串接于闭环系统的正向通道。5、常用的校正方式控制器接入系统的方式。2.反馈(并联)校正：控制器串接于闭环系统的反馈通道。3.前馈校正：控制器串接于前馈通道参与

4、系统控制。系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般可以将校正问题归纳为三类：1、如果系统稳定且有较满意的暂态响应，但稳态误差太大，这就必须增加低频段的增益来减小稳态误差，同时保持中、高频特性不变；2、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改变系统的截止频率和相角裕度；3、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高频段。对应上面三种情况的BODE图：c）低中高频段均改变b）改变高频段a）改变低频段6、校正方法1．频率法2．根轨迹法3.时域法：基于对改变的微分方程进行求解来获

5、得校正方式和所需校正装置的数学模型。7.基本控制规律（1）比例（P）控制（2）比例-微分（PD）控制（3）积分（I）控制（4）比例-积分（PI）控制例设比例-积分控制系统，传递函数为分析PI控制对系统稳态性能的改善。解：没有PI控制或比例控制，系统稳态误差为采用PI控制，稳态误差为零而且可以调整积分时间常数，使得系统闭环稳定。（5）比例-积分-微分（PID）控制8、方案选择技术性能、经济指标、可靠性等方面进行全面比较，权衡利弊，得到方案。提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元件、放大器等。1.有源超前校正装置6-2常用校正装置及其特性传函中的零极点情

6、况：2.PD控制器二、滞后校正装置及PI控制器1.有源滞后校正装置2.PI控制器三、滞后——超前校正装置及PID控制器1.有源滞后——超前校正装置2.PID控制器系统带宽的选择要求较高的稳定裕度，希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-20dB/dec要求较强的从噪声中辨识信号的能力，希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率小于-40dB/dec不同用途的系统对系统带宽是不一样的。6.3频域法串联校正一般要求系统的稳定裕度在45o左右中频区的斜率为-20dB/dec若输入信号的带宽：噪声信号主要作用的频带为：而且使处于之外。系统设计指标为频域特征量，一

7、般用频域法校正系统设计指标为时域指标，宜用根轨迹法校正频域法校正用到的主要指标：稳态误差、开环截止频率、相角裕度。频率响应法的校正装置设计方法：（1）试探法（分析法），（2）综合法（期望特征法）上述方法的设计过程主要适合于最小相位系统。开环频率特性：低频段表征闭环系统的稳态性能、中频段表征闭环系统的动态性能、高频段表征闭环系统的复杂程度和抑制噪声的能力。校正后系统开环幅频特性的一般形状：（1）低频段增益充分大，保证稳态误差的要求；（2）中频段幅频特性斜率为-20dB/dec，而且有足够的频带宽度，保证适当的相角裕度；（3）高频段增益尽快减小，尽可能地削

8、弱噪声的影响。一、串联超前校正采用超前网络或PD调节器的原理进行串联超前校正。对于超前校正主要