自动控制原理教学课件.ppt

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1、内容提要为改善系统的动态性能和稳态性能，常在系统中附加校正装置，这就是系统校正。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正，反馈校正和复合校正。根据校正装置的特性又可分为超前校正，滞后校正，滞后-超前校正。校正的实质均表现为修改描述系统运动规律的数学模型。设计校正装置的过程是一个多次试探的过程并带有许多经验，计算机辅助设计为系统校正装置的设计提供了有效手段。第6章控制系统的设计和校正第6章控制系统的设计和校正知识要点线性系统的基本控制规律比例（P）、积分（I）、比例-微分（PD）、比例-积分（PI）和比例-积分-微分（PID）控制规律。超前校正，滞后校正，滞后-超前校

2、正，用校正装置的不同特性改善系统的动态特性和稳态特性。串联校正，反馈校正和复合校正。第6章控制系统的设计和校正对一个控制系统来说,如果它的元部件、参数已经给定,就要分析它能否满足所要求的各项性能指标。一般把解决这类问题的过程称为系统的分析。第6章控制系统的设计和校正在实际工程控制问题中，还有另一类问题需要考虑，即往往事先确定了要求满足的性能指标，要求设计一个系统并选择适当的参数来满足性能指标的要求，或考虑对原已选定的系统增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标，同时也要照顾到工艺性、经济性、使用寿命和体积等。这类问题称为系统的综合与校正，或者称为系统的设

3、计。第6章控制系统的设计和校正1.线性控制系统理论的基本内容系统建模：微分/差分方程、传递函数、方框图、信号流图、频率特性、状态空间表达式等系统分析：时域分析、频域分析、根轨迹分析、状态空间分析等系统综合：校正、状态空间综合法、鲁棒优化法等引言第6章控制系统的设计和校正2.控制系统设计和校正设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，单独进行控制器设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成自动控制任务。校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件下，设计校正装置的传函和调整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定

4、的要求。两者区别：设计问题要求设计整个控制器，而校正问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。第6章控制系统的设计和校正3.校正问题的三要素系统的基本部分（原有部分）：被控对象、控制器的基本部分——给定系统的性能要求——给定校正装置——需设计（未知）第6章控制系统的设计和校正4.校正装置的实现通常是参数易于调整的专用装置（模电或数电装置）校正方式多样化：串联校正、反馈校正、前馈补偿等注意：校正方案不唯一第6章控制系统的设计和校正目录§6.1概述§6.2线性系统的基本控制规律§6.3校正装置及其特性§6.4采用根轨迹法进行串联校正§6.5频率法进行串联校正§6.6反馈校正§6.

5、7复合校正§6.8基于MATLAB和SIMULINK的线性控制系统设计小结第6章控制系统的设计和校正系统的性能指标，按其类型可以分为：(1)时域性能指标，包括稳态性能指标和动态性能指标；(2)频域性能指标，包括开环频域指标和闭环频域指标；(3)综合性能指标(误差积分准则)，它是一类综合指标，若对这个性能指标取极值，则可获得系统的某些重要参数值，而这些参数值可以保证该综合性能为最优。§6.1概述6.1.1系统的性能指标第6章控制系统的设计和校正1.时域性能指标评价控制系统优劣的性能指标，一般是根据系统在典型输入下输出响应的某些特征点规定的。常用的时域指标有：(1)稳态指标静态位

6、置误差系数Kp静态速度误差系数Kv静态加速度误差系数Ka稳态误差ess第6章控制系统的设计和校正(2)动态指标上升时间tr峰值时间tp调整时间ts最大超调量(或最大百分比超调量)Mp振荡次数N第6章控制系统的设计和校正2.频域性能指标(1)开环频域指标开环截止频率ωc(rad/s)；相角裕量γ(°)；幅值裕量Kg。(2)闭环频域指标一般应对闭环频率特性提出要求，例如给出闭环频率特性曲线，并给出闭环频域指标如下：谐振频率ωr；谐振峰值Mr。第6章控制系统的设计和校正闭环截止频率ωb与闭环带宽0~ωb：一般规定A(ω)由A(0)下降到－3dB时的频率，亦即A(ω)由A(0)下降到

7、0.707A(0)时的频率叫作系统的闭环截止频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽。第6章控制系统的设计和校正3.综合性能指标(误差积分准则)综合性能指标有各种不同的形式，常用的有以下几种：（1）误差积分(IE)（2）绝对误差积分(IAE)第6章控制系统的设计和校正（3）平方误差积分(ISE)（4）时间与绝对误差乘积积分(ITAE)以上各式中，，见图3—1。第6章控制系统的设计和校正4.各类性能指标之间的关系各类性能指标是从不同的角度表示系统的性能，它们之间存在必然的内在联系。对于二阶系统，时域指