自动控制原理 教学课件 作者 孙优贤 王慧 主编第六章-5 补偿器.ppt

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1、自动控制理论浙江大学控制科学与工程学系第六章线性系统的频域分析2主要内容简介Bode图(对数坐标图)极坐标图Nyquist稳定判据-1Nyquist稳定判据-2相角裕度和幅值裕度以及与稳定性的关系闭环频率响应系统校正………3系统校正——分析与校正的差别系统分析根据已知的系统（即结构、参数已知），计算出系统性能，分析这些性能与系统参数之间的关系，结果具有唯一性。系统的综合与校正根据系统应具备的性能指标以及原系统在性能指标上的缺陷，引入校正装置(元件)，以改善其性能指标。1）逻辑上讲，系统的综合与校正是系统分析的逆问题。2）满足系统性能指标的校正装置的结

2、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、重量以及可行性综合考虑，选出最佳方案.4系统校正——综合与校正的基本概念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，并设计控制器；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

3、正装置.5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、幅值裕度h、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。系统校正——综合与校正的基本概念稳定性——是系统工作的前提稳态特性——反映了系统稳定后的精度动态特性——反映了系统响应的快速性。人们追求的是稳定性强，稳态精度高，动态响应快。不同域中的性能指标的形式又各不相同：1．时域指标：超调

4、量σp、过渡过程时间ts、以及峰值时间tp、上升时间tr等。2．频域指标：（以对数频率特性为例）① 开环：幅值穿越频率ωΦ(或ωc）、相位裕量γ及增益裕量h等②闭环：谐振峰值Mr、谐振频率ωr及带宽ωb等。系统校正——综合与校正的基本概念不同的性能指标系统校正——综合与校正的基本概念8无源校正装置：自身无放大能力，通常由RC网络组成，在信号传递中，会产生幅值衰减,且输入阻抗低，输出阻抗高，常需要引入附加的放大器，补偿幅值衰减和进行阻抗匹配。无源串联校正装置通常被安置在前向通道中能量较低的部位上。有源校正装置：常由运算放大器和RC网络共同组成，该装置自

5、身具有能量放大与补偿能力，且易于进行阻抗匹配，所以使用范围与无源校正装置相比要广泛得多。系统校正——综合与校正的基本概念无源或有源校正9（1）稳态特性要求具有一阶或二阶无静差特性，开环幅频低频斜率应有-20dB或-40dB。为保证精度，低频段应有较高增益。（2）动态特性为了有一定稳定裕度，动态过程有较好的平稳性，一般要求开环幅频特性斜率以-20dB穿过零分贝线，且有一定的宽度。为了提高系统的快速性，应有尽可能大的ωΦ。（3）抗干扰性为了提高抗高频干扰的能力，开环幅频特性高频段应有较大的斜率。高频段特性是由小时间常数的环节决定的，由于其转折频率远离ωΦ

6、，所以对系统动态响应影响不大。但从系统的抗干扰能力来看，则需引起重视。系统校正——用开环频率特性进行系统设计应注意10系统校正——三个频段的概念11系统校正——常用校正装置的连接方式(1)串联校正(2)并联校正(3)反馈校正Gc(s):校正装置传递函数G(s):原系统前向通道的传递函数H(s):原系统反馈通道的传递函数12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。Gc(s)G(s)H(s)R(s)C(s)-图6.5-1串联校正BACK分析简单，应用范围广，易于理解、接受。系统校正——串联校正13并联校正是将校正装置Gc(s)前向

7、并接在原系统前向通道的一个或几个环节上。它比串联校正多一个连接点,即需要一个信号取出点和一个信号加入点。R(s)Gc(s)G2(s)H(s)G1(s)C(s)-图6.5-2并联校正BACK系统校正——并联校正（前馈校正：输入控制方式）14图6.5-3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)系统校正——反馈校正15常用于系统中高功率点传向低功率点的场合，一般无附加放大器，所以所要元件比串联校正少。另一个突出优点是：只要合理地选取校正装置参数

8、，可消除原系统中不可变部分参数波动对系统性能的影响。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)C(s)N