自动控制理论课件第六章.ppt

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1、6-1-1系统设计中的校正问题被控对象C(s)N(s)Q(s)测量元件执行元件M(s)控制器E(s)R(s)1系统设计被控参数选择控制参数选择测量装置选择执行机构确定控制装置选择控制系统结构确定2校正问题即系统结构的调整及控制规律的选择——校正方式及控制装置3校正的依据系统不可变部分特性及参数-系统的性能指标6-1引言1σ%,N,ζγ,h闭环谐振峰值Mrts,tr,tpωcωb,ωress低频段闭环零频值1性能指标合理性问题：不能过高——符合实际需要有所侧重——实现的可能性2设计方法与性能指标形式性能指标动态（暂态）指标稳态指标平稳性快速性时域开环频域闭环频域6-1-2系统的性能指标性能指

2、标以时域指标给出——根轨迹法频域指标给出——频域响应法试探设计法21串联校正与反馈校正1）串联校正串联校正和反馈校正是控制系统中最为常用的两种校正方式,在同一系统中，可以只采用串联校正，或反馈校正，可以同时采用。串联校正的优点：设计简单，方便，应用非常广泛。反馈校正的优点：往往用元件较少，可以抑制环内参数变化对系统的影响。2）反馈校正N对象CK__RR串联校正E_反馈校正6-1-3常用校正方式3实际系统，输入信号一般为低频信号扰动信号一般为高频信号ωMω1ωn0ω要求系统以一定精度跟踪输入信号抑制干扰信号ωb显然通常γ过低：动态性能↓，相对稳定性↓，对参数变化的适应能力变弱；γ过高：动态过

3、程缓慢，且对各部件要求过高，实现困难；欲实现γ为450左右，在中频段斜率应为-20dB/dec，且中频占一定的范围，保证在系统参数变化时的相角欲度变化不大。中频段以后，系统幅频特性迅速下降，以消弱噪声对系统的影响。2稳定性与适应性良好的系统，要有一定的相对稳定性，一般γ≈4501跟踪能力与抗扰能力6-2输入信号与系统带宽ωb0ω46-3-1基本控制规律（常规控制规律）1)比例(P)控制规律2)比例微分(PD)控制规律3)积分(I)控制规律4)比例积分(PI)控制规律5)比例积分微分(PID)控制规律6-3-2系统组成E(s)G0(s)R(s)Gc(s)_C(s)M(s)其中：Go(s)——

4、广义对象；Gc(s)——控制器6-3基本控制规律分析5E(s)G0(s)R(s)Gc(s)_C(s)M(s)1.P作用（P控制规律）数学描述：——常数（通常）1）增大系统开环增益K开ess↓2)K开↑2.PD作用（PD控制规律）数学描述：其中：——比例系数——微分时间常数作用：微分环节相位超前，即相频特性所以通常可以提高系统的相稳定裕度，即提高阻尼比。作用：相对稳定性↓6-3-3基本控制规律及对系统的影响6例6-1分析PD控制对系统性能的影响E(s)R(s)_C(s)M(s)解：1)不加PD控制Gc(s)=1闭环特征方程即系统为ζ=0（等幅振荡）的二阶系统，不稳定(临界稳定)。2)加上PD

5、控制闭环特征方程可见，由于PD控制的引入，系统的阻尼比ζ↑→相对稳定性↑同时，ζ的调整可通过的调整实现。即思考题：试用根轨迹图和Bode图说明系统性能的改善。注意：单纯的D控制器在任何情况下都不宜与被控对象串联单独使用。通常是构成PD或PID用于实际系统。73.I作用（I控制规律）Ti——积分时间常数但对稳定性不利，甚至有可能导致结构不稳定。作用：提高系统的“型别”——对提高稳态精度有利(通常情况)E(s)R(s)_C(s)M(s)例6-2系统如图，试分析积分作用对系统的影响。解：时——典型的二阶系统闭环特征方程时，闭环特征方程无论Ti取何值，系统均不稳定。数学描述：84.PI作用（PI控

6、制规律）数学描述：作用：串入一阶微分环节降低稳定性提高系统“型别”——改善稳态精度——可提高稳定性在工程实践中，常用PI控制器来改善系统的稳态性能。Kp——比例系数Ti——积分时间常数积分环节E(s)R(s)_C(s)M(s)例6-3系统如图，试分析PI控制器对系统性能的影响。1）不加PI:解：即：系统为开环增益=K0的Ⅰ型系统。9静态性能分析：稳定性分析：相对稳定度：系统在K0>0时，总是稳定的。即时间常数增大，相对稳定性下降。2）引入PI系统开环增益系统为Ⅱ型——提高了系统的稳态性能静态性能分析10由劳斯判据可知，闭环特征方程稳定性分析：只要Ti>T，（即积分作用不能过强）系统稳定相对

7、稳定性分析：合理选择参数，还可使系统具有相对稳定度α。令代入闭环特征方程，得：(上限)由劳斯判据得：即PI控制器可在保证系统稳定的情况下提高系统的稳态精度。思考题：试用根轨迹法说明以上结论115.PID作用（PID控制规律）附加了数学描述：一个积分环节两个开环零点——改善稳态性能；——合理选择参数，可得良好的动态性能。I作用作用：——发生在低频段——提高稳态性能D作用——发生在中频段——改善动态性能12相频特性——相位差