《控制系统的校正》PPT课件.ppt

第六章 性能指标与校正,系统稳定是系统能正常工作的必要条件。但是，只有稳定性还不能确保系统会正常工作。 只有在稳定的前提条件下，又要能按给定的性能指标工作，这才是确保系统能正常工作的充要条件。,第一节 系统的性指标,如果系统不能全面地满足所要求的性能指标，则可考虑对原控制系统中增加一些必要的元件或环节，使系统能够全部地满足所要求的性能指标，即称为系统的综合与校正。,性能指标分为时域性能指标、频域性能指标和综合性能指标：,时域指标,频域指标,误差积分性能指标,误差平方积分性能指标,广义误差平方积分性能指标,控制系统的性能分析及如何满足要求： (1)已知系统的结构和参数，计算系统的性能指标； (2)在初步选择系统的结构与参数后，核算系统的性能指标是否达到要求，如果没有，则需要修改系统的参数及结构； (3)给定性能指标，设计满足此指标的系统。,系统性能指标是根据它所要完成的具体任务提出的。 通常性能指标之间是互相矛盾的，就要求视具体情况哪个性能是主要的，首先加以满足；另一些情况下就要采取折衷的方法，并加以必要的校正，使两方面的性能得到部分满足。,第二节 系统校正,一、校正的概念,校正就是指在系统中增加新的环节，以改善系统性能的方法，又称为补偿 。,例：如图所示开环系统的频率特性曲线，其开环不稳定根的个数为零，由于Nyquist曲线包围(-1,j0)点，故闭环系统不稳定。,为使系统稳定进行校正： 方法之一：减小系统的开放大倍数K，使系统开环频率特性曲线减小，这样系统就稳定了。 但是，减小K会使系统的稳态误差增大，这是不希望的。,方法之二：在原系统中增加新的环节，使系统开环频率特性在某个频率范围发生变化，而在K并不发生变化是提高了系统的稳定性。,二、校正的分类,根据校正环节 在系统中的联结方法有：,串联校正、反馈校正和顺馈校正。,(一)串联校正 串联校正是指校正环节串联在原控制系统的前向通道中，一般放在前向通道的前端，即低功率部分。,串联校正按其按其校正环节的频特性可将其分为： 增益调整、相位超前校正、相位滞后校正、相位超前滞后校正、PID校正。 增益调整虽然比较简单，但仅仅调节增益难以满足静态和动态指标，其校正作用有限，当增益较正难以满足要求时，则采用其它校正方法。,1、相位超前校正,相位超前校正增大相位裕度，加大系统带宽。这意味着有利于提高系统的相对稳定性，加快控制系统的响应速度，使过渡过程得到显著改善。如图电路系统的传递函数为：,式中，,其频率特性：,一般要求系统的响应快、超调小，可采用超前串联校正。,可见： 该电路系统为相位超前环节。其最大超前角及相应频率为：,2、相位滞后校正,相位滞后校正是为了减小稳态误差而又不影响稳定性和快速性，只是加大低频段的增益。如图电路系统的传递函数为：,式中，,其频率特性：,可见： 该电路系统为相位滞后环节。串联滞后较正并没有改变原系统的低频段的特性，故对系统的精度不起破坏作用，相反，往往还允许适当提高开环增益，进一步改善系统的稳态性能。 高稳定、高精度的系统常采用滞后校正。,3、相位滞后超前校正,相位超前校正，可增加频宽提高响应快速性，并提高稳定裕度，但由于有增益损失不利于稳态误差； 相位滞后校正则可提高态平稳性及稳态误差，但降低了快速性。 而采用滞后超前校正，则可全面提高控制性能。,如图电路系统的传递函数为：,式中，,其频率特性：,可见： 从频率特性的对数坐标图可看出，曲线的低频部位具有负斜率、负相移，起滞后校正作用；后一段有正斜率、正相移，起滞后校正的作用。,4、PID校正,自20世纪30年代出现的PID调节器，在经典控制理论中技术成熟，至多也广泛应用。 所谓PID控制，就是对偏差进行比例、积分和微分的控制。即,其传递函数模型为：,式中，,注意： (1)比例控制系统直接决定控制作用的强弱，加大比例控制有利于减小系统的稳态偏差，提高响速度，但稳定性降低； (2)积分控制可以消除系统的稳态误差，但将使系统的动态过程变慢，当积分作用过强时，超调量将增加，稳定性变坏；,(3)微分控制能预测偏差，产生超前的校正作用，有助于减小超调，克服振荡，减少调整时间，从而改善系统性能，但放大了系统的高频噪声信号。,(二)反馈校正 反馈校正是指校正环节与被控对象构成局部反馈。,反馈校正除能获得与串联校正的效果外，还能消除系统的不可变部分参数波动对系统性能的影响。,当反馈校正环节为比例环节时，是称为位置反馈； 当反馈校正环节为一阶微分环节时，称为速度反馈； 当反馈校正环节为二阶微分环节时，称为加速度反馈。,(三)顺馈校正 顺馈校正是指不依靠偏差而直接测量干扰，在干扰引起误差之前就对它进行补偿，及时消除干扰的影响，顺馈校