第六章线性系统的校正方法

2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A第六章 线性系统的校正方法1、正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后 -超前三种校正的特性及对系统的影响。2、掌握基本的校正网络及运算电路。3、熟练 掌握运用 (低、中、高 )三频段概念对系统校正前、后性能进行定性分析、比较的方法。4、熟练 掌握串联校正 (串联超前、串联滞后 )的频率域设计步骤和方法。了解串联校正的根轨迹设计步骤和方法。 2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A5、正确理解反馈校正的特点和作用。6、了解其它一些改善系统性能的手段与方法。2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A6.1 系统校正设计基础电炉温度微机控制系统 校正：控制器的设计或系统的综合2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A控制目标 p被控量在稳态运行下以一定的精度跟踪指令信号；p被控量能以满意的动态响应达到预期的稳态值；p 使给定的某种性能指标实现最优。p系统能有效地抑制外界噪声干扰；p系统的动、静态性能具有鲁棒性；最重要 ：确保整个控制系统能稳定地工作。2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A稳 定 性 是系统工作的前提 ;稳态特性 反映了系统稳定后的精度 ;动态特性 反映了系统响应的快速性。人们追求的是稳定性强，稳态精度高，动态响应快。不同领域中的性能指标的形式又各不相同。2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A一、性能指标Overshoot: %Settling time: tsRaising time: trOpen-loop gain: KSteady state error:时域指标2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A频域指标Gain margin: hPeak value : The resonant frequency: bandwidth:Phase margin:Cutoff frequency:2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A二、常用的几种校正方法串联校正串联补偿器反馈校正反馈补偿器2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A二、常用的几种校正方法 输入补偿器 复合补偿器 2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A从校正装置在系统中的连接方式来看串联校正 反馈校正 前馈校正：输入控制方式 前馈校正：干扰控制方式 2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A串联校正 :分析简单，应用范围广，易于理解、接受。反馈校正 :常用于系统中高功率点传向低功率点的场合，一般无附加放大器，所以所要元件比串联校正少。另一个突出优点是：只要合理地选取校正装置参数，可消除原系统中不可变部分参数波动对系统性能的影响。在 特殊的系统中，常常同时采用串联 、反馈和前馈校正。2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 Al主反馈一般为比例或单位反馈l反馈调节器的设计在内环l前馈补偿只影响系统零点，不影响系统极点2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A无源校正装置 :自身无放大能力，通常由 RC网络组成，在信号传递中，会产生幅值衰减，且输入阻抗低，输出阻抗高，常需要引入附加的放大器，补偿幅值衰减和进行阻抗匹配。无源串联校正装置通常被安置在前向通道中能量较低的部位上。 有源校正装置：常由运算放大器和 RC网络共同组成，该装置自身具有能量放大与补偿能力，且易于进行阻抗匹配，所以使用范围与无源校正装置相比更广泛。从校正装置自身有无放大能力来看2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A从校正装置自身有无放大能力来看有源校正装置： 比例控制（ P）： K积分控制（ I）：比例 +微分控制（ PD）：比例 +积分控制（ PI）：比例 +积分 +微分控制（ PID）：无源校正装置：超前校正，滞后校正，滞后超前校正2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 APID控制器设计 原理2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 APID控制器的设计 根据系统的开环传函，由所提出的控制系统闭环性能的要求如超调量、调节时间或增益裕度，相位裕度，带宽、稳态误差等可以直接进行 PID控制器设计。2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A三、校正设计的方法1频率法2根轨迹法2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A1. 分析法。实际上是一种试探的方法，可归结为：原系统频率特性 +校正装置频率特性 =希望频率特性G0(j) Gc(j) G(j)从原有的系统频率特性出发，根据分析和经验，选取合适的校正装置，使校正后的系统满足性能要求。2. 综合法。这种方法的基本可归结为：希望频率特性 原系统频率特性 =校正装置频率特性G(j) G0(j) Gc(j)根据系统品质指标的要求，求出满足性能的系统开环频率特性，即希望频率特性。再将希望频率特性与原系统频率特性相比较，确定校正装置的频率特性。2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A6.2 串联校正 串联校正的设计方法包括时域法和 频域法2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A一、串联超前校正1 无源超前校正网络及其特性具有相位超前特性 (即相频特性 0)的校正装置叫超前校正装置，有的地方又称为 “微分校正装置 ”。介绍一种无源超前网络（如下图）。2012 秋 许燕斌L o o自动控制理论 A如果对无源超前网络传递函数的衰减由放大器增益所补偿，则上式称为超前校正装置的传递函数无源超前校