机械工程控制基础课件第6章.ppt

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1、1系统正常工作必要条件——系统稳定能按给定的性能指标工作充要条件第6章系统的性能指标与校正如果系统达不到要求的性能指标，就需要对系统进行校正。26.1系统的性能指标时域性能指标瞬态性能指标稳态性能指标：稳态误差ess上升时间tr峰值时间tP最大超调量MP调整时间tS(或过渡过程时间)3频域性能指标相位裕度幅值裕度Kg复现频率M及复现带宽0～M谐振频率r及谐振峰值Mr截止频率b及截止带宽(简称带宽)0～b系统的带宽越大，该系统响应输入信号的快速性越好。46.2系统的校正一个单输入单输出的控制系统一般可化为G(S)是控制系

2、统的不可变部分，即控制对象。未校正前，系统不一定能达到理想的控制要求，因此有必要根据希望的性能要求进行校正。)(sH-5校正的概念校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改善系统性能的方法。用什么校正？校正装置——为了改善系统性能，引入的附加装置，也叫补偿器；校正装置的物理器件可以是电气的、机械的、气动的、液压的等形式。6惟有增益K可调K↑，稳态误差↓，响应加快，但稳定性下降；仅靠增益调整一般难以同时满足所有的性能指标。放大控制器控制对象测量K（可调）校正装置，就是控制器部分。控制对象是不可变部分，传递函数是确定的。7例：系统校正改

3、善性能示意图①原系统P=0——不稳定使系统稳定的方法②减小K，变为K’，减小，相位不变。——系统稳定，但，减小K使系统的稳态误差增大。③加入新环节（改变系统的频率特性曲线）使Nyquist轨迹在ω1~ω2内变化。——系统稳定，且不改变稳态性能（不改变K）。①原系统P=0——稳定，但相位裕度小，调整时间长减小K，不改变相位裕度②加入新环节（改变系统的频率特性曲线）使Nyquist轨迹在ω1~ω2内变化。——产生正的相位，提高相位裕度8例：系统校正兼顾幅值和相位校正的分类9根据校正环节Gc(s)在系统中的位置，可分为串联校正、反馈校正

4、和顺馈校正等。串联校正：校正环节Gc(s)和系统不可变部分G(s)串联。串联校正比较经济，易于实现，且设计简单，在实际应用中大多采用此校正方法。校正环节)(sG)(sH)(sGc-10顺馈校正反馈校正：校正环节接在系统的局部反馈通路中。11串联校正按校正环节的性质可分为：①增益调整②相位超前校正③相位滞后校正④相位滞后—超前校正6.3串联校正串联校正：校正环节在原传递函数方框图的前向通道中。一般都放在前向通道的前端。校正环节)(sG)(sH)(sGc-dBω－90°－180°dBω－90°－180°－270°不稳定稳定，相位裕度不

5、够12一、相位超前校正——提供正的相位相位超前校正环节（校正装置）传递函数：13此环节是比例环节、一阶微分环节与惯性环节的串联。14幅频特性：频率特性：相频特性：∠Gc(j)=(j)=arctgT-arctgT＞0可见相位超前。不同α的超前校正环节Nyquist图15设超前相位的最大值为16Bode图：令得最大相位处的频率显然位于两个转折频率的对数中点，即Bode图上的几何中点最大相位：17上述分析表明1.当ω=ωm时，相位超前量最大。2.最大超前相位仅与α有关，α越小，越大。3.α不宜选太小，常取α=0.1。相位超前

6、校正环节两大特点：相位超前：产生正的相位移动，使系统相位裕度增大。幅值扩张：产生正的幅值斜率，改善中频段斜率，加大了带宽，使系统响应速度加快。18缺点：相位超前校正环节对提高系统稳态精度的作用不大，且使抗干扰的能力有所降低。应用：串联相位超前校正环节一般用于稳态性能已满足要求，但动态性能较差的系统。19基于频率响应法的超前校正方法采用Bode图校正，使用频域指标。由于Bode图简明易绘，用Bode图校正系统是一种比较简单实用的方法。用Bode图校正时，采用相位裕度γ作为设计指标。相位裕度γ→表征系统的相对稳定性带宽ωb→表征系统的

7、响应速度开环增益K→表征系统的稳态误差201、相位超前校正的基本原理：利用校正装置的相位超前补偿原系统的相位滞后，来增大系统的相位裕度，改变系统开环频率特性。要求校正装置的最大超前相位出现在系统新的剪切频率处。校正后的系统应具有如下特点：低频段的增益满足稳态精度要求；中频段对数幅频特性斜率为-20dB/dec,并具有较宽的带宽；高频段要求幅值迅速衰减，以减小噪声的影响。21（1）根据的要求，确定开环增益K，画出未校正系统的伯德图，并测出其相位裕度。2、相位超前校正的基本步骤（2）由期望的相位裕度，计算需添加的相位超前量。ε取值：如

8、果未校正系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为-40dB/dec，一般取如果该频段的斜率为-60dB/dec，则取（3）22（4）（5）从Bode图上找到幅值为负的计算幅值所对应的频率，即为ωm，这一频率就是校正后系统的剪切频率ωc。23（6）