机械控制工程资料第六章控制系统补偿与综合.ppt

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1、第六章控制系统补偿与综合串联补偿和反馈补偿分析法综合法系统的固有特性一种补偿装置分析和经验验证性能指标选择参数系统的固有特性期望开环系统特性系统的性能指标确定补偿装置的结构和参数16.2频率响应法串联补偿（校正）一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前补偿装置，以实现在开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；高频段要求幅值迅速衰减，以

2、较少噪声的影响。低频段的增益满足稳态精度的要求；频率法对系统进行校正的基本思路是：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，即要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点：21、超前补偿装置图6.1RC超前补偿网络假设该网络输入信号源的内阻为零，输出端的负载阻抗为无穷大，则超前补偿网络的其传递函数为：分度系数时间常数6.2.1串联超前补偿3时间常数：分度系数：说明：（1）采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降因此需要提高放大器增益加以补偿。倍。图6.2带有隔离放大器的无源超前校正网络此时的传递函数：4（3）的幅频和相频特性画出对数频率特性如图6.3所示。显然

3、，超前网络对频率在输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内奈氏曲线参见P145,图5.29（b）T1=T>T2=T520dB/dec图6.3超前补偿网络对数极坐标图6(6.2.4)在最大超前角频率处具有最大超前角正好处于频率与的几何中心的几何中心最大超前角频率：求导720dB/dec8但不能取得太大(为了保证较高的信噪比),一般不超过20这种超前校正网络的最大相位超前角一般不大于如果需要大于串联来实现，并在所串联的两个网络之间加一隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。的相位超前角，则要在两个超前网络相9确定开环增

4、益K后，画出未补偿系统的伯德图，计算未补偿系统的相角裕度由给定的相位裕量值计算超前校正装置提供的相位超前量是用于补偿因超前补偿装置的引入，使系统截止频率增大而引起的相角滞后量。值通常是这样估计的：如果未补偿系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec，一般取如果为-60dB/dec则取用频率法对系统进行串联超前补偿的一般步骤可归纳为：根据稳态误差的要求，确定开环增益K。2、串联超前补偿10确定补偿网络的转折频率画出补偿后系统的伯德图，并计算相位裕度是否满足要求？如果不满足，则需增大值，从第步开始重新进行计算。计算补偿装置在处的幅值10lg由未补偿系统

5、的对数幅频特性曲线，求得其幅值为-10lg处的频率，该频率就是校正后系统的开环截止频率。即根据所确定的最大相位超前角按算出的值。11确定开环增益K稳态误差的要求画出未补偿系统的伯德图,并求求未补偿系统幅值为-10lga处的频率满足要求？结束YN12例６-1.设一单位反馈系统的开环传递函数为试设计一超前补偿装置，使校正后系统的静态速度误差系数，相位裕度，幅值裕度不小于10dB。解：根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K。13*也可辅助计算：绘制未补偿系统的伯德图，如图红线所示。由图可知未补偿系统的截止频率和相位裕度为1415根据相位裕度的要求确定超前补偿网络的

6、相位超前角计算值超前补偿装置在处的幅值为：据此，在未补偿系统的开环对数幅值为时对应的频率，这一频率就是补偿后系统的截止频率*也可辅助计算16补偿后系统的框图如下图所示，其开环传递函数为对应的伯德图中粉红线所示。由该图可见，补偿后系统的相位裕度为幅值裕度为满足系统设计要求。计算超前补偿网络的转折频率补偿后系统框图17确定开环增益K稳态误差的要求画出未补偿系统的伯德图,并求求未补偿系统幅值为-10lga处的频率满足要求？结束YN18练习：设一单位反馈系统的开环传递函数为试设计一超前补偿装置，使补偿后系统的静态速度误差系数,相位裕度，幅值裕度不小于10dB。解：根据对静态速

7、度误差系数的要求，确定系统的开环增益K。19当K=10时，未补偿系统的开环频率特性为20根据相位裕度的要求确定超前补偿网络的相位超前角计算值超前补偿装置在处的幅值为：21计算超前补偿网络的转折频率补偿后系统的框图如下图所示，其开环传递函数为图例1校正后系统框图对应的伯特图中红线所示。由该图可见，补偿后系统的相位裕度为，幅值裕度为均已满足系统设计要求。22基于上述分析，可知串联超前补偿有如下特点：这种补偿主要对未补偿系统中频段进行补偿，使补偿后中频段幅值的斜率为-20dB/dec，