第6章控制系统的设计和校正ppt课件.ppt

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1、第6章控制系统的设计和校正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。介绍了基于MATLAB和SIMULINK的线性控制系统设计方法。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

2、分（PID）控制规律。超前校正，滞后校正，滞后-超前校正，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。利用MATLAB和SIMULINK进行线性控制系统设计。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。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

3、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，或者称为系统的设计。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§6.7复合校正§6.8基于MATLAB和SIMULINK的线性控制系统设计小结系统的性能指标，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

4、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(2)动态指标上升时间tr峰值时间tp快速性调整时间ts最大超调量(或最大百分比超调量)Mp准确性阻尼比，振荡次数N稳定性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

5、给出闭环频域指标如下：谐振频率ωr；谐振峰值Mr。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。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)（3）平方误差积分(ISE)（5）时间乘绝对误差积分(ITAE)以上各式中,，见图3—1。（4）时间乘平方误差积分(ITSE)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

6、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，时域指标和频域指标之间能用准确的数学式子表示出来。它们可统一采用阻尼比ζ和无阻尼自然振荡频率ωn来描述，如所示。二阶系统的时域性能指标二阶系统的频域性能指标6.1.2系统的校正校正装置的形式及它们和系统其它部分的联接方式，称为系统的校正方式。校正方式可以分为串联校正、反馈(并联)校正、前置校正和干扰补偿等。串联校正和并联校正是最常见的两种校正方式。1.串联校正校正装置串联在系统的前向通道中，如图6-1所示。图6-1串联校正图6－2反馈校正图6-3前置校正图6-4干扰补偿3.前置校正前置校正又称为前馈校正

7、，是在系统反馈回路之外采用的校正方式之一，如图6-3所示。4.干扰补偿干扰补偿装置Gc(s)直接或间接测量干扰信号n(t)，并经变换后接入系统，形成一条附加的、对干扰的影响进行补偿的通道，如图6-4所示。根据校正装置的特性，校正装置可分为超前校正装置、滞后校正装置和滞后-超前校正装置。(1)超前校正装置校正装置输出信号在相位上超前于输入信号，即校正装置具有正的相角特性，这种校正装置称为超前校正装置，对系统的校正称为超前校正。(2)滞后校正装置校正装置输出信号在相位上落后于输入信号，即校正装置具有负的相角特性，这种校正装置称为滞后校正装置，对系统的校正称为滞后

8、校正。(3)滞后-超前校正装置若校正装置在某一频率范