自动控制原理第六章.ppt

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1、自动控制原理第六章线性定常连续时间控制系统的设计主讲教师:王玉德第六章线性系统的校正方法6-1控制问题的一般定义6-2S域设计6-3频域描述——滞后/超前补偿6-4状态与输出反馈6-5内模控制系统设计6.6本章小结6-1控制问题的一般定义设计一个自动控制系统一般经过以下三步:根据任务要求，选定控制对象；根据性能指标的要求，确定系统的控制规律，并设计出满足这个控制规律的控制器，初步选定构成控制器的元器件；将选定的控制对象和控制器组成控制系统，如果构成的系统不能满足或不能全部满足设计要求的性能指标，还必须增加合适的元件，按一定的方式连接到原系统中，使重新组合起来的系统全面满足设计要

2、求。原系统控制器控制对象校正系统原系统校正装置能使系统的控制性能满足控制要求而有目的地增添的元件称为控制系统的校正元件或称校正装置。图6－1系统综合与校正示意图必须指出，并非所有经过设计的系统都要经过综合与校正这一步骤，对于控制精度和稳定性能都要求较高的系统，往往需要引入校正装置才能使原系统的性能得到充分的改善和补偿。反之，若原系统本身结构就简单而且控制规律与性能指标要求又不高，通过调整其控制器的放大系数就能使系统满足实际要求的性能指标。在控制工程实践中，综合与校正的方法应根据特定的性能指标来确定。一般情况下，若性能指标以稳态误差、峰值时间、最大超调量、和过渡过程时间、等时域性

3、能指标给出时，应用根轨迹法进行综合与校正比较方便;如果性能指标是以相角裕度r幅值裕度、相对谐振峰值、谐振频率和系统带宽等频域性能指标给出时,应用频率特性法进行综合与校正更合适。系统分析与系统校正的差别:系统分析的任务是根据已知的系统，求出系统的性能指标和分析这些性能指标与系统参数之间的关系，分析的结果具有唯一性。系统的综合与校正的任务是根据控制系统应具备的性能指标以及原系统在性能指标上的缺陷来确定校正装置(元件)的结构、参数和连接方式。从逻辑上讲，系统的综合与校正是系统分析的逆问题。同时，满足系统性能指标的校正装置的结构、参数和连接方式不是唯一的，需对系统各方面性能、成本、体积

4、、重量以及可行性综合考虑，选出最佳方案.6.1.1单变量控制系统的校正方式单变量系统的校正装置的接入系统的方式:串联校正并联校正串联校正和局部反馈校正应用都相当普遍，究竟选择哪一种，取决于系统中信号的性质、可供采用的元件以及其他条件。两种校正形式结合起来有时可以收到更好的效果。串联校正串联校正的接入位置应视校正装置本身的物理特性和原系统的结构而定。一般情况下，对于体积小、重量轻、容量小的校正装置(电器装置居多)，常加在系统信号容量不大的地方，即比较靠近输入信号的前向通道中。相反，对于体积、重量、容量较大的校正装置(如无源网络、机械、液压、气动装置等)，常串接在容量较大的部位，即

5、比较靠近输出信号的前向通道中。Gc(s)G(s)H(s)R(s)C(s)-6－2串联校正Gc(s):校正装置传递函数G(s):被校正对象的传递函数并联校正（反馈校正）反馈校正是将校正装置Gc(s)反向并接在原系统前向通道的一个或几个环节上，构成局部反馈回路。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)C(s)由于反馈校正装置的输入端信号取自于原系统的输出端或原系统前向通道中某个环节的输出端，信号功率一般都比较大，因此,在校正装置中不需要设置放大电路，有利于校正装置的简化。但由于输入信号功率比较大，校正装置的容量和体积相应要大一些。图6－4反馈校正6.1.2性能指标进行控制系统

6、的校正设计，除了应已知系统固有部分的特性与参数外，还需要已知对系统提出的全部性能指标。性能指标通常是由使用单位和被控对象的设计制造单位提出的。不同的控制系统对性能指标的要求不同的侧重。性能指标的提出，应符合实际系统的需要和可能。一般来说，性能指标不应当比完成给定任务所要求的指标更高。1、单变量控制系统的性能指标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谐振峰值谐振频率带宽频率截止频率相位裕度超调量调节时间上升时间峰值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2、状态空间描述时控制系统的性能指标性能指标分为非优化型性能指标和优化型性能指标。不管是哪种

7、性能指标都是对综合得到的系统运动过程期望性能的规定。两者的差别是，非优化性能指标是一种不等式型的指标，即只要性能指标达到或小于期望指标就算实现了综合目标，优化型性能指标则是一类极值型指标，综合目标是要使性能指标在所有可能值中取为极小值（或极大值）。6.2S域设计6.2.1等效开环二阶系统方法预期开环频率特性：Gc(s)G(s)R(s)C(s)-串联校正装置系统的“固有”成分假设系统的期望开环传递函数为G0(s)如果G0(s)已经设计好，则校正装置的传递函数为希望系统具有的频率特性二阶“最优”