自动控制原理_第六章控制系统的校正与设计ppt课件.ppt

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1、第6章控制系统的校正与设计主要内容：6.1控制系统校正的概念6.2基本控制规律分析6.3串联校正6.4采用频率法进行串联校正6.5采用根轨迹法进行串联校正6.6反馈校正及其参数确定6.7用MATLAB进行控制系统的校正6.1控制系统校正的概念控制系统——由为完成给定任务而设置的一系列元件组成，其中可分成被控对象与控制器两大部分。综合与校正问题：当将选定的控制器与被控对象组成控制系统后，如果不能全面满足设计要求的性能指标时，在已选定的系统不可变部分基础上，再增加些必要的元件，使重新组合起来的控制系统能够全面满足设计要求的性能指标。控制系统的校正元件：使系统的控制性能满足设计

2、要求的性能指标而有目的地增添的元件。控制系统校正的作用：使原系统在性能指标方面缺陷得到补偿。系统的校正方案：校正元件的形式及其在系统中的位置，以及它和系统不可变部分的联接方式。串联校正——校正元件与系统不可变部分串接，如图6-1所示，与分别为不可变部分及校正元件的传递函数。图6-1串联校正系统方框图反馈校正——从系统的某个元件输出取得反馈信号，构成反馈回路，并在反馈回路内设置传递函数为的校正元件的校正形式。图6-2反馈校正系统方框图反馈校正作用：能达到与串联校正同样的校正效果，还可减弱系统不可变部分的参数漂移对系统性能的影响。复合控制校正——把前馈控制和反馈控制有机结合起

3、来的校正方法。复合校正中的前馈装置：扰动补偿输入补偿按扰动补偿的复合控制系统如图6-3所示。图6-3按扰动补偿的复合控制系统按给定补偿的复合控制系统如图6-4所示。图6-4按给定补偿的复合控制系统控制系统的综合与校正问题和分析问题既有联系又有差异：分析问题——在已知控制系统的结构形式及其全部参数的基础上，求取系统的各项性能指标，以及这些性能指标与系统参数间的关系。综合与校正问题——在给定系统不可变部分基础上，按控制系统应有的性能指标，寻求全面满足性能指标的校正方案，并合理确定校正元件的参数。6.2.1比例（P）控制规律P控制器——具有比例控制规律的控制器。图6-5为P控制

4、器方框图。图6-5P控制器方框图6.2基本控制规律分析6.2.2比例加微分（PD）控制规律PD控制器——具有比例加微分控制规律的控制器。PD控制器的方框图如图6-6所示。图6-6PD控制器方框图图6-7所示为PD控制器对于匀速信号的响应过程中微分控制规律相对比例控制规律所具有的预见性。图6-7微分控制规律的预见性例6.1：设具有PD控制器的控制系统方框图如图6-8所示。试分析比例加微分控制规律对该系统性能的影响。图6-8控制系统方框图解：无PD控制器时，给定系统的特征方程为从特征方程看出，该系统的阻尼比等于零。其输出信号具有不衰减的等幅振荡形式，系统处于临界稳定，即实际上

5、的不稳定状态。加入PD控制器后，从图6-6求得给定系统的特征方程为这时的阻尼比，因此闭环系统是稳定的。这是因为PD控制器的加入提高了给定系统的阻尼程度，使特征方程s项系数由零提高到大于零的，而且给定系统的阻尼程度可通过PD控制器的参数及来调整。6.2.3积分（I）控制规律I控制器——具在积分控制规律的控制器。I控制器的方框图如图6-9所示。图6-9I控制器方框图或6.2.4比例加积分（PI）控制规律PI控制器——具有比例加积分控制规律的控制器。PI控制器的方框图如图6-10所示。图6-10PI控制器的方框图PI控制器对单位阶跃信号的响应如图6-11所示。图6-11PI控制

6、器的输入、输出信号6.2.5比例加积分加微分（PID）控制规律比例加积分加微分控制规律——由比例、积分、微分基本控制规律组合而成的复合控制规律。PID控制器运动方程为：PID控制器的方框图如图6-12所示。图6-12PID控制器的方框图6.3串联校正传递函数：上式中，若则是高通滤波器或相位超前校正装置；若则为低通滤波器或相位滞后校正装置。6.3.1超前补偿串联补偿网络频率特性具有正的相位角，就称为超前补偿网络。传递函数：在s平面上，相位超前网络传递函数的零点与极点位于负实轴上，如图6-13所示。0σ×jω图6-13相位超前网络的零、极点分布图6-14相位超前校正网络的伯德

7、图+20相位超前网络的相角可用下式计算：利用的条件，可以求出最大超前相角的频率为：上式表明，是频率特性的两个交接频率的几何中心。由以上两式可以推知：或图6-16最大超前相角m与的关系1图6-16最大超前相角与的关系1图6-16最大超前相角m与的关系16.3.2采用频率法设计超前校正基本原理：利用超前校正网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度，以改善系统的暂态响应。超前校正设计步骤按期望开环放大倍数K、系统型别v。绘制固有部分的开环幅频特性20lg

8、G0H

9、。确定校正后系统应满足的频域指标c、等。如果20lg

10、G0