控制系统的综合与校正-2.ppt

1,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,2,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,3,系统综合与校正的概念,我们知道，在构造控制系统时，为了满足性能指标，适当地改变控制对象的动态特性，可能是一种比较简单的方法。但是，在很多实际情况中，由于控制对象可能是固定的和不可改变的，所以上述方法行不通。因此，必须调整固定的控制对象以外的参数。因此，这里要研究的设计问题，就变成了一种通过加校正装置来改善系统性能的问题。,在经典理论中,控制器,受控系统,控制系统,4,系统综合与校正的概念,控制系统设计，实质上就是控制器设计。对于不同的系统，对于不同的设计方法，控制器也称为补偿器、校正装置（校正器）。在经典控制理论中，系统综合的关键是校正装置设计。而在现代控制理论中，系统综合的关键是控制器设计。,何谓综合？,对于给定的受控系统，确定其控制规律，即设计控制器的结构及其参数，使系统的过程满足事先规定的性能指标。,在已知受控对象的特性和要求的系统性能指标，构造一个控制系统，称为系统综合。,5,系统综合与校正的概念,为了改善控制系统的稳态和动态性能，需要在系统中加入适当的校正装置，使系统的整个特性满足给定的各项性能指标要求。,系统校正,所谓校正，就是改变系统的动态特性，使系统满足特 定的技术要求。通过改变系统结构或在系统中加入一些参 数可调的装置，以改善系统的稳态、动态性能，使系统满 足给定的性能指标。为了满足性能指标而加进系统的装置， 称为校正装置。,6,系统校正的实质,现代控制系统实质上就是计算机控制系统，传统的校正技术和校正装置已被算法和计算机取代。但其设计思想和技术仍然是重要的。,改变系统的极点数目和极点位置。,校正可以归结为设计一种滤波器，这种滤波器具 有的特性能够补偿控制对象不希望的且不能改变的特 性。我们把校正装置与不能改变的传递函数G(s)进行 串联，以获得必要的动态特性。因此，设计的主要问 题将是如何恰当地选择校正装置G(s)的极点和零点， 以改善系统的动态特性，使系统性能指标得到满足。,请注意，如果说用经典控制理论设计控制系统的关键是系统校正，那么现代控制系统设计巳归结为控制器的设计了。而后者是前者的继承与发展。,7, 增加极点和零点的影响,增加零点的影响,增加极点的影响,在系统的开环传递函数中增加极点，会降低系统的相对稳定性，增加系统响应的调整时间。增加积分控制相当于增加位于原点的极点，因此降低了系统的稳定性。,在系统的开环传递函数中增加零点，会增加系统的稳定性，减小系统响应的调整时间。增加零点意味着对系统增加微分控制，其效果是在系统中引入超前相位，且加快 瞬态响应。,8,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,8.1 系统性能指标及其计算,时域性能指标,动态性能指标,例题8-1,稳态性能指标,稳态误差、无差度、开环放大系数,例题8-2,频域性能指标,开环频域指标,闭环频域指标,幅值穿越频率c，幅值裕度Kg，相位裕度,谐振峰值Mr，谐振频率c，频宽b,10,例8.1,已知系统传递函数为,求最大超调量 Mp，峰值时间 tp 和调整时间 ts,11,稳态误差的概念与计算,单位反馈,调用计算稳态增益的指令,K=degain(sys),也可用来计算系统阶跃响应的稳态值和稳态误差。,例题8-2,12,例8.2,已知单位负反馈系统的开环传递函数为,求其单位斜坡输入时，系统的稳态误差。,13,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,14,8.2 系统校正的MATLAB编程,主要校正方式,控制系统设计的主要方法,时域设计,频域设计,相位滞后校正,PID校正,15,常用串联校正装置的作用,相位超前,相位滞后,滞后超前,利用相位超前 特性改善系统 的动态特性， 使系统的带宽 增加，响应速 度变快。,利用高频幅值 衰减特性，在 不影响动态特 性的前提下， 改善系统的稳 态特性。,同时改善系统 的动态、稳态 性能。,微分作用D,积分作用I,积分微分作用ID,16,8.2.1 相位滞后校正,相位滞后校正,利用高频幅值衰减特性，在不影响动态特性的前提下，改善系统的稳态特性。,17,相位滞后校正：例83,先确定增益Kc使系统具有希望的稳态精度，再确定校正装置的转折频率使系统具有希望的相位裕度 。,相位滞后校正设计思想：,=60,开环增益 K0=49,18,仿真结果,19,仿真结果,20,8.2.2 PID校正,PID控制器是一种线性控制器。它将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID控制规律的微分方程式为,KP比例系数；TI积分时间常数；TD微分时间常数,PID传递函数,21,例84,设计PID控制器,Ka10,c4rad/s,(c) 50,22,例84仿真结果,23,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,24,8.3 控制系统设计举例,汽车悬架系统控制主动悬架,阀控液压马达速度控制系统,25,8.3.1 汽车主动悬架系统,输入信号u,输出信号x1,车身位移,主动控制力,干扰信号W,控制目的,通过调整控制力u，使汽车在任何路面上行驶时，车身振动小，且振动衰减快。,26,汽车悬架的主动控制,车身,加速度 传感器,控制器,车桥,悬架弹簧,可调阻尼 （减振器）,路面激励（扰动输入）,车身振动（输出）,路面,轮胎刚度,主动悬架实际上是一个恒值控制系统。它通过检测到的车身振动加速度、速度来控制空气弹簧的刚度、悬架阻尼以及参数之间的匹配关系，从而抑制路面扰动激励引起的车身振动，使车身振动尽可能小，达到提高汽车平顺性的控制目的。,27,1.系统建模,m1,m2,fks,fb,u,fkt,28,被动悬架框图,29,2. 构造闭环控制系统,30,3.