自动控制原理ppt电子课件教案- 第六章 线性系统的校正方法

第六章线性系统的校正方法61系统的设计和校正问题62常用校正装置及其特性63串联校正64反馈校正65复合校正61、系统的设计和校正问题本章讨论控制系统的设计方法,主要是在系统中加入一些机构和装置，使系统满足设计要求。主要讨论频率法校正和复合校正。一、校正的作用举例研究下述例子，可知校正的基本原理。设单位反馈系统的开环传递函数为要求控制该过程在单位斜坡输入时，系统的稳态误差不超过1。解由稳态误差要求，可得K必须大于100另一方面，利用ROUTH判据，其闭环特征方程为ROUTH表可知系统稳定的条件是0T,则系统稳定。若要求系统具有相对稳定度，则令S1S，其闭环特征方程为再列ROUTH表，可知需满足5、比例积分微分（PIDPROPORTIONINTEGRALANDDIFFERENTIAL）控制规律若,则可以将分子因式分解其中可见，PID控制规律除将系统型次提高一次外，还提供了两个负实部零点，在改善系统动态性能方面具有更大的优越性。PID应用最为广泛。通常TI，使积分I部分发生在系统低频段，而使微分D部分发生在系统中频段，以改善系统动态性能。其中62、常用校正装置及特性一无源校正1超前网络1/T1/T不计负载效应，可得令，显然A1，称A为分度系数。若GCS引入，开环增益要下降为原来的1/A，若这1/A由开环中其他增益所补偿，则有20DB/DEC其频率特性为在1,2输出信号比输入信号超前相角。超前网络的相角为求最大超前相角，A,M非线性关系一般A不超过20，M650，在M处的对数幅值LCM20LG|AGC|10LGAA1MA11通过相角超前特性提高系统的和C,从而减小和TS改善动态性能2无源时使开环增益下降A倍,需其他部分提高放大倍数以使增益不变3抗高频干扰不强,适用于系统满足稳态精度要求,噪声电平不高,但,TS不满足要求时的系统校正超前装置的特点和作用2迟后网络从BODE图中可以看出，迟后网络不影响低频有用信号而抑制高频噪声采用迟后网络校正，主要是利用其幅值衰减特性,以降低系统的开环截止频率，提高相角裕度。应避免最大迟后相角发生在校正后的开环截止频率C”附近。迟后网络当取1/BTC”对开环频率特性的幅值有利影响和相角不利影响见P229图615。BT愈大，即1/BT愈离C”远，对C”处的相角影响愈小。3迟后超前网络可选择R,C的值,使分母具有两个不相等的负实根,从而得出可由此画出迟后超前部分的BODE图20DB/DEC20DB/DEC迟后超前网络相当于带阻滤波器,使A,B频段信号有所衰减表61表示了多种形式的无源校正网络。二有源校正网络在实际应用中,广泛采用无源校正网络，但无源网络的一个很大的缺点是负载效应问题。为克服负载效应问题,及有时要放大增益,就有必要引入有源校正。有源校正,主要用运放为主要器件，如运放分析主要注1虚地2零电流输入三PID控制器P25763串联校正一频率响应法校正设计要求满足系统静、动态性能即稳态误差,截止频率和相角裕度步骤1根据稳态误差要求，确定开环增益K。2计算未校正系统的相角裕度。3根据或设定试探C”的要求，计算超前网络的参数A和T。二串联超前校正要点利用超前环节的相位超前特性,使交接频率1/AT和1/T位于穿越频率的两旁，用M来补偿系统的相位裕量。C”的选定，一方面要根据系统响应速度来确定，也要根据相角裕度等综合考虑。显然，要产生最大的相角补偿M，应使MC”设原来校正系统为L则有4校验校正后相角裕量”。若不满足要求，重选MC”，使C”增大，重复34，若算出A0，则超前校正已无能为力，需另选它法。例63如下系统,要求ESS01在单位斜坡输入下,开环截止频率C”44RAD/S,相角裕度”450,幅值裕度H”10DB,试设计超前网络画出对数BODE图L由图中可得未校正系统的C31RAD/S,其相角裕量为显然,该系统幅值裕量为0112210204004488此时,未校正系统在C”的相角裕量为串联超前校正的局限性1、由于串联超前网络会使C”比原C增大，当需补偿相角超前量过大时，会使A取的很大，C”过高，对于有些系统克服高频噪声不利。2、对于固有系统频率特性在截止频率相角迅速减小系统，不宜用超前校正。三、串联迟后校正要点迟后校正是利用迟后网络的较高频率衰减特性，使已校正的系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。应使迟后校正发生在较低频段，使系统幅频特性早过0DB。步骤1根据稳态误差要求，确定K；2画出固有系统对数频率特性，确定其C,和H。3选择不同的C”,计算不同的值，绘制C”曲线4根据相角裕度”要求，选择已校正系统的截止频率C”。考虑到迟后网络在C”会产生一定的相角迟后CC”5确定迟后参数B和T，T要考虑实现可能6验算已校正系统的幅值裕度和相角裕度。例64、如图，要求静态速度误差系数不小于30，幅值裕度不小于10DB，相角裕度不小于400，截止频率不小于23RAD/S00101110204060900180002727024460说明未校正系统不稳定，此系统即为截止频率处相角迅速减小的情况，不宜采用超前校正。为较为精确的确定幅值裕度,此时应试算出G”，即校正后的过1800时的值，试算得C”68RAD/S。求得幅相裕度为14DB，符合要求。1迟后校正利用的是迟后网络的较高频率衰减特性，应注意1/BT离C”足够远10倍，以减少其相角迟后的影响。2在现实中，若T过大，往往实现较为困难。串联迟后与串联超前的异同相同点提高系统稳态特性，同时增大相角裕度。异同点1超前利用相角超前特性。迟后利用幅值高频衰减特性。2无源网络中，超前需附加增益，迟后不需要附加增益。3超前带宽大于迟后校正带宽。四串联迟后超前环节基本原理利用超前部分增加系统相角裕度,利用迟后部分改善稳态性能步骤1根据稳态性能要求确定开环增益K2绘制未校正系统L,求出C,及H3选择斜率从20DB/DEC变为40DB/DEC的交接频率作为校正网络超前部分B以保证20DB/DEC过0DB线且具有足够宽度4选择C”和校正衰减因子1/A,使5根据相角裕度要求,估算迟后部分的交接频率A6校验要求设计校正装置,满足下列性能指标1当输入为1800时,迟后误差不超过102相角裕度为450303幅值裕度不低于10DB4过度过程调节时间TS3S01110100408002060采用迟后超前校正考虑到20DB/DEC,C”应在326内选取,取C”35RAD/S因此,可算得A50迟后超前网络的传递函数为事实上,也可以直接按已经将TB1/2的分子上因子已将将分母上约为计算已校正的传递函数和频率特性为利用向角裕度要求来确定A故可得校正网络传递函数为已校正系统传递函数为经校验,”4550,H”27DB符合要求五串联综合校正综合法