南京林业大学自动控制原理PPT6.ppt

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1、第六章线性系统的校正方法6-1综合与校正的基本概念6-2常用校正装置及其特性6-3串联校正6-4反馈校正本章小结16-1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求。原系统控制器控制

2、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2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

3、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。36-2常用校正装置及其特性校正装置的连接方式:(1)串联校正(2)顺馈校正(3)反馈校正(4)复合校正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4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

4、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5顺馈校正顺馈校正是将校正装置Gc(s)前向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(

5、s)G1(s)C(s)-图6－3顺馈校正6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7三种连接方式的合理变换通过结构图的变换，一种连接方式可以等效地转换

6、成另一种连接方式，它们之间的等效性决定了系统的综合与校正的非唯一性。在工程应用中，究竟采用哪一种连接方式,这要视具体情况而定。一般来说，要考虑的因素有：原系统的物理结构，信号是否便于取出和加入，信号的性质，系统中各点功率的大小，可供选用的元件，还有设计者的经验和经济条件等。由于串联校正通常是由低能量向高能量部位传递信号。加上校正装置本身的能量损耗。必须进行能量补偿。因此，串联校正装置通常由有源网络或元件构成，即其中需要有放大元件。反馈校正是由高能量向低能量部位传递信号，校正装置本身不需要放大元件，因此

7、需要的元件较少，结构比串联校正装置简单。由于上述原因，串联校正装置通常加在前向通道中能量较低的部位上，而反馈校正则正好相反。从反馈控制的原理出发，反馈校正可以消除校正回路中元件参数的变化对系统性能的影响。因此，若原系统随着工作条件的变化，它的某些参数变化较大时，采用反馈校正效果会更好些。8基本控制规律(1)比例(P)控制m(t)=Kpe(t)Kpe(t)m(t)r(t)c(t)-(2)比例-微分(PD)控制Kp(1+τs)-m(t)c(t)e(t)r(t)m(t)=Kpe(t)+Kpτ9例6-1控制系

8、统如下。试分析控制器采用P或PD对系统性能的影响。Kp(1+τs)_E(s)C(s)GC(s)R(s)1.P控制2.PD控制特征方程为Js2+Kp=0，阻尼比为零，阶跃响应为等幅振荡，系统临界稳定。特征方程为Js2+Kpτs+Kp=0，Kp系统阻尼比为，系统稳定。阻尼比的大小可通过改变参数Kp和τ来调整。微分控制只对动态过程起作用，对稳态过程没有影响。微分通常与其他控制器结合，构成PD或PID控制器。10(3)积分(I)控制作用：增加原系统的型号，提高系