第七章线性控制系统的校正主编修改版ppt课件.ppt

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1、第七章线性控制系统的校正版本2.02011年6月主编修改版华南理工大学自动化科学与工程学院制作:罗家祥审校:胥布工第七章线性控制系统的校正7.1引言7.2校正的基本概念7.3频率法设计串联校正7.4根轨迹法设计串联校正7.5PID校正7.6反馈校正7.7利用MATLAB辅助控制系统的校正设计7.8小结7.1引言本章知识体系校正方式、校正装置的设计方法、常见校正装置的特性以及校正装置的实现校正的动机、期望性能指标校正的基本概念基于频率法和根轨迹法的串联校正、PID校正以及反馈校正的设计方法利用MATLAB进行辅助校正设计的方法7.1引言系统分析是指在系统结构和参数已知的情况下，建立系统模

2、型，利用前面各章节所介绍的时域法、根轨迹法和频率法来分析系统的稳定性，计算动、静态性能指标，并研究系统性能与结构和参数之间的关系。系统设计则是按控制系统的运行要求，提出各项期望性能指标，然后根据被控对象的实际情况，合理地选择控制方案及结构形式，综合确定参数和选择元器件，通过仿真和实验，建立起能同时满足动、静态性能指标的实用系统。7.1引言反馈控制系统的设计步骤：（1）理解被控过程，明确系统设计任务，分析输入信号及扰动信号的变化范围与特点，并将动、静态性能指标转化为时域、频域或零极点分布位置指标。（2）选择控制方案，常用的方案包括串联校正、反馈校正和复合校正等。（3）选择测量、执行、放大等

3、主要元部件。（4）构造系统线性模型，如确定有效的平衡点，在信号变化容许范围内构造小信号增量化模型，以传递函数、频率特性等方式描述系统模型。（5）分析稳态性能，包括根据稳态误差要求计算系统开环放大系数；考虑执行器死区、测量误差、放大器零漂误差等因素计算稳态误差。（6）分析动态性能，设计控制器，主要包含校正环节的设计与实现。（7）必要时改进工艺，更换测量元件、执行元件或甚至改变受控对象。（8）建立计算机模型仿真。（9）制作样机，调试、试运行等。7.1引言控制系统设计要比其分析更为复杂首先，设计问题的答案往往并不唯一，通常可以采用多种不同的控制方案来满足给出的控制要求；其次，在选择系统结构和计

4、算参数的过程中，很容易出现相互矛盾的情况，此时需要针对要求提出折衷方案；不管是控制方案的优化选择，还是折衷方案的评价调整，都需要综合考虑众多因素，既要考虑技术要求，又要考虑经济性、可靠性、安装工艺、使用环境和能源等问题，还要考虑提出的系统（或某些环节）在物理上或技术上是否能实现，因而远比系统分析复杂。7.2校正的基本概念7.2.1校正的动机和期望性能指标在校正设计过程中，固有系统中除放大器的放大系数可作适当调整外，其余部分的参数常常是不变的，故这部分又称为系统的“固有部分”。固有系统或其“固有部分”均称为固有部分或校正前的系统。一般来说，固有系统的特性较差，单纯靠调整放大系数很难同时满足

5、期望的动态和静态性能要求。这时，需要靠引入附加装置来改变系统特性。这就是控制系统的校正动机。固有系统并非完全无法改变。相对于校正元件，固有部分调整的成本更高，变化的灵活度更小。若在已有校正方法无法满足预定要求的情况下，更换执行器等元件，甚至改变对象工艺流程往往是必须的。7.2校正的基本概念控制系统的常见性能指标（表7-1）7.2校正的基本概念不同控制系统对性能指标的要求侧重点不同。如调速系统对于平稳性和稳态精度往往要求高，而随动系统则通常侧重于快速性要求等。性能指标的提出既应符合实际系统的需要，又要具有可实现性，指标过高可能导致系统成本过高或使得系统过于复杂，有时甚至不可能达到。性能指标

6、的形式往往决定了合适的校正方法，例如，时域性能指标可以采用根轨迹法校正，而频域指标则更适合采用频率特性法校正。7.2校正的基本概念7.2.2校正方式基本校正方式主要有三种：1)串联校正：校正装置Gc(s)与广义被控对象Gp(s)相串联位于控制系统的前向通道中。串联校正是基于偏差产生控制作用原理的反馈控制系统的基本结构。2)反馈校正：专指校正装置位于反馈通道的情况，反馈校正从被校正对象后或其中引出反馈信号，与被校正对象或其一部分构成局部反馈回路。7.2校正的基本概念3)前馈校正:一般不单独使用，而是与串联校正一起构成复合校正。复合校正主要分为两种方式:按参考输入补偿按扰动补偿按参考输入补偿

7、按扰动补偿(a)按扰动补偿(b)结构（b）一般适合用于可实现串联控制器Gc(s)和前馈补偿器Gff(s)联合设计的场合;结构（a）因前馈补偿器Gff(s)可实现独立于串联控制器Gc(s)的分析和设计，故更具一般性。7.2校正的基本概念为避免符号繁琐，本章接下来采用以下符号表示法：(1)系统的固有部分:G0(s)；拟设计的校正装置传递函数：Gc(s)。(2)G0(s)中放大器放大系数可调整的，则设Gc(s)的传递系数为Kc=1。(3