自动控制第六章.ppt

《自动控制第六章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、自动控制原理ThePrincipleofAutomaticControl第六章线性系统的校正方法6.1校正的基本概念6.2线性系统的基本控制规律6.3常用校正装置及其特性6.4串联校正6.5反馈校正6.6复合校正小结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。熟练掌握运用(低、中、高)三频段概念对系统校正前、后性能进行定性分析、比较的方法。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

2、典型环节的方法，比较说明加入反馈局部校正的作用。正确理解对控制作用和对干扰作用的两种附加前置校正的特点、使用条件及其作用，会使用等效系统开环频率特性分析或闭环零、极点比较分析来说明前置校正的作用。了解其它一些改善系统性能的手段与方法。性能指标电动机控制系统：（1）直流电动机调速系统对速度平稳性、稳态精度要求较高；（2）随动系统对于系统输出对系统输入的跟踪速度要尽可能快，系统的快速性。生产过程（石油化工、生物工程、热力工程等）：系统输出（温度、流量、压力等）平稳、稳态精度。性能指标的确定要考虑物理可实现性、经济性设计方法：（1）根轨迹法校正时域性能指标：单位阶

3、跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等；（2）频率法校正频域性能指标：相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、静态误差系数等。在实际应用中频率法校正更加广泛。二阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值谐振频率带宽频率截止频率相角裕度超调量调节时间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。一般要求系统的稳定裕度在45

4、o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。6.1校正的基本概念在研究系统校正装置时,为了方便,将系统中除了校正装置以外的部分,包括被控对象及控制器的基本组成部分一起,称为“原有部分”(亦称固有部分或不可变部分)。因此,控制系统的校正,就是按给定的原有部分和性能指标,设计校正装置。校正中常用的性能指标包括稳态精度、相对稳定裕量以及响应速度等。(1)稳态精度指标:包括静态位置误差系数Kp,静态速度误差系数Kv和静态加速度误差系数Ka。(2)稳定裕量指标:通常希望相角裕量γ=45°~60°,增益裕度Kg

5、≥10dB,谐振峰值Mr＝1.1～1.4,超调量σ＜25%,阻尼比ζ＝0.4～0.7。(3)响应速度指标:包括上升时间tr,调整时间ts,剪切频率ωc,带宽BW,谐振频率ωr。对于二阶系统,ζ、γ、σ和Mr之间有严格的定量关系,如等等,只要考虑得当,这些关系亦可用来指导高阶系统的设计。校正装置接入系统的形式主要有两种:一种是校正装置与被校正对象相串联,如图6-1(a)所示，这种校正方式称为串联校正；另一种是从被校正对象引出反馈信号,与被校正对象或其一部分构成局部反馈回路,并在局部反馈回路内设置校正装置，这种校正方式称为局部反馈校正或并联校正,如图6-1

6、(b)所示。为提高性能,也常采用如图6-1(c)所示的串联反馈校正。图6-1(d)所示的称为前馈补偿或前馈校正。在此,反馈控制与前馈控制并用,所以也称为复合控制系统。图6-1校正装置在控制系统中的位置选择何种校正装置,主要取决于系统结构的特点、采用的元件、信号的性质、经济条件及设计者的经验等。一般来说,串联校正简单,较易实现。目前多采用有源校正网络构成串联校正装置。串联校正装置常设于系统前向通道的能量较低的部位,以减少功率损耗。反馈校正的信号是从高功率点传向低功率点,故通常不需采用有源元件。采用反馈校正还可以改造被反馈包围的环节的特性,抑制这些环节参数波动或

7、非线性因素对系统性能的不良影响。复合控制则对于既要求稳态误差小,同时又要求暂态响应平稳快速的系统尤为适用。综上所述,控制系统的校正不会像系统分析那样只有单一答案,也就是说,能够满足性能指标的校正方案不是唯一的。在进行校正时还应注意,性能指标不是越高越好,因为性能指标太高会提高成本。另外当所要求的各项指标发生矛盾时,需要折衷处理。6.2线性系统的基本控制规律图6-2控制系统1.比例(P)控制规律具有比例控制规律的控制器,称为比例(P)控制器，则图6-2中的Gc(s)＝Kp,称为比例控制器增益。比例控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中,

8、比例控制器只改变信号的增益而不影响其相位。在串联校正