自动控制原理与系统第六章 自动控制系统的校正ppt课件.ppt

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1、第六章自动控制系统的校正第一节校正装置第二节串联校正第三节反馈校正第四节顺馈补偿主要内容根据校正装置在系统中所处地位的不同，一般分为串联校正、反馈校正和顺馈校正。在串联校正中，根据校正环节对系统开环频率特性相位的影响，又可分为相位超前校正、相位滞后校正和相位滞后-超前校正等。在反馈校正中，根据是否经过微分环节，又可分为软反馈和硬反馈。在顺馈补偿中，根据补偿采样源的不同，又可分为给定顺馈补偿和扰动顺馈补偿。第一节校正装置一、无源校正装置无源校正装置通常是由一些电阻和电容组成的两端口网络。表6-1列出了几种典型的无源校正装置。无源校正装置线路简单、

2、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减；且输入阻抗较低，输出阻抗又较高。因此在实际应用时，通常还需要增设放大器或者隔离放大器。表6-1几种典型的无源校正装置二、有源校正装置有源校正装置是由运放器组成的调节器。表6-2列出了几种典型的有源校正装置。有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低。它的缺点是线路较复杂，需另外供给电源(通常需正、负电压源)。表6-2几种典型的有源校正装置第二节　　串联校正图6-1具有比例校正的系统框图图6-2比例校正对系统性能的影响若采用SIMULINK软件对系统进行仿真分析，系统的仿真框图如图4-38所

3、示。系统的单位阶跃响应如图4-39所示（为便于比较。现列于图6-3a）。2）如今采用比例校正，以适当降低系统的增益，于是可在前向通路中，串联一比例调节器，并使得Kc=0.5。校正后的伯德图如图6-2中曲线II所示。同理应用MATLAB/SIMULINK，只要在系统仿真框图中将增益的参数改为17.5，既可以得到如图6-3b所示的单位阶跃响应曲线。图6-3比例校正前、后的单位阶跃响应曲线调节系统的增益，在系统的相对稳定性和稳态精度之间作某种折衷的选择，以满足(或兼顾)实际系统的要求，是最常用的调整方法之一。二、比例-微分(PD)校正(相位超前校正)

4、在自动控制系统中，一般都包含有惯性环节和积分环节，它们使信号产生时间上的滞后，使系统的快速性变差，也使系统的稳定性变差，甚至造成系统不稳定。这时若在系统的前向通路上串联比例-微分校正装置，则可使相位超前，以抵消惯性环节和积分环节使相位滞后而产生的不良后果。以上面的例子来说明比例-积分校正对系统性能的影响，图6-4位具有比例积分校正的系统框图。以上分析表明，比例微分环节与系统固有部分的大惯性环节作用抵消了。其对数频率特性曲线(伯德图)如图6-5所示。图6-5比例微分校正对系统性能的影响同理，可以应用MATLAB软件，求取校正后系统的单位阶跃响应曲

5、线，如图6-6所示。三、比例-积分(PI)校正(相位滞后校正)在自动控制系统中，要实现无静差，系统必须在前向通路上，含有积分环节。例如在调速系统中，系统的固有部分往往不含有积分环节，为实现转速无静差，常在前向通路的功率放大环节前串联比例-积分调节器构成的速度调节器。现在就以调速系统为例来分析说明比例-积分校正对系统性能的影响。图6-7为具有比例-积分（PI）校正的系统框图。图6-7具有比例积分(PI)校正的系统框图现设K1＝3.2，T1＝0.33s，T2＝0.036s，系统固有部分的传递函数为：（6-1）（6-2）图6-8比例-积分校正对系统性

6、能的影响【例6-1】应用MATLAB软件，分析采用PI调节器对上列系统性能的影响。校正前校正后图6-9比例积分（PI）校正对系统性能的影响【例6-2】在如图6-7所示的系统中，若固有部分的传递函数(对应随动系统)为:如今要求对斜坡信号输入为无静差，希望将系统校正成Ⅱ型系统(前向通路含两个积分环节)，欲采用PI校正，并设PI调节器传递函数Gc(s)为：试分析PI校正对系统性能的影响。（6-3）解：校正后，系统的开环传递函数为：应用MATLAB软件分析，得到校正前后系统的单位阶跃响应曲线如图6-10a、b所示。（a为Ⅰ型系统，b为Ⅱ型系统，它们对阶

7、跃响应均为无静差。）（6-4）结论：　　比例-微分校正能改善系统的动态性能，但使高频抗干扰能力下降；比例积分校正能改善系统的稳态性能，但使动态性能变差；为了能兼得二者的优点，又尽可能减少两者的副作用，常采用比例-积分-微分（PID）校正。四、比例-积分-微分(PID)校正(相位滞后-超前校正)图6-11具有比例积分微分(PID)校正的系统框图图6-12比例-积分-微分(PID)校正对系统性能的影响（6-5）(2)校正装置的伯德图图中曲线Ⅱ为PID调节器的伯德图。PID调节器的传递函数为（6-6）（6-7）结论：　　对照系统校正前、后的曲线Ⅰ

8、和曲线Ⅲ，不难看出，增设PID校正装置后：1）在低频段，由于PID调节器积分不分的作用，系统增加了一阶无静差度，改善了系统的稳态性能。(使对输入等速