6-4 反馈校正.ppt

1反馈校正的原理与特点2 综合法反馈校正 6 4反馈校正 1 反馈校正原理与特点 若对系统主要动态范围内 开环传递函数为 6 69 6 70 6 71 6 73 表明此时已校正系统与待校正系统特性一致 则式 6 69 可表示为 表明此时校正后的系统几乎与反馈校正装置包围的环节无关 反馈校正的基本原理是 用反馈校正装置包围待校正系统中对动态性能改善有重大妨碍作用的某些环节 形成一个局部反馈回路 在局部反馈回路的开环幅值远大于1的条件下 局部反馈回路的特性主要取决于反馈校正装置 而与被包围部分无关 适当选择反馈校正装置的形式和参数 可以使已校正系统的性能满足给定指标的要求 6 74 在控制系统初步设计时 往往把条件 6 70 简化为 反馈校正的特点 1 削弱反馈回路内的非线性的影响 2 减少系统的时间常数 3 降低系统对参数变化的敏感性 反馈校正有降低被包围环节非线性特性影响的功能 反馈校正在一般情况下也可用消弱非线性特性对系统的影响 反馈校正有减小被包围环节时间常数的功能 这是反馈校正的一个重要特点 时间常数的下降有助于加快整个系统的响应速度 反馈校正设计时 应当注意局部反馈回路的稳定问题 若局部反馈回路不稳定 力图用外回路使得整个系统稳定 往往使得系统设计变得复杂 工程中 一般将局部反馈回路设计成稳定的 1反馈校正的原理与特点2 综合法反馈校正 6 4反馈校正 2 综合法反馈校正 待校正系统开环传递函数 已校正开环传递函数 6 78 6 79 6 80 上式表明 在的频带范围内 画出待 开环对数幅频特性可获得近似的 由于是已知的 因此反馈校正装置可立即求得 注 1 在校正频段内 应使 6 83 6 81 6 82 校正系统开环对数幅频特性然后减去期望 2 局部反馈回路必须稳定 设计步骤 1 按稳态性能指标要求 绘制待校正系统的开环对数幅频特性 2 由给定性能指标要求 绘制期望开环对数幅频特性 4 检验局部反馈回路的稳定性 并校验期望开环截止频率附近下列条件 3 由下式求得G2 s Gc s 的开环传递函数 5 由G2 s Gc s 求Gc s 6 检验校正后系统的性能指标是否满足要求 7 考虑Gc s 的工程实现 6 1系统的设计与校正问题6 2常用校正装置及其特性6 3串联校正6 4反馈校正6 5复合校正 第六章线性系统的校正方法 6 5复合校正 目前在工程实践中 还广泛采用把前馈控制和反馈控制有机结合起来的校正方法 这就是复合控制校正 复合校正的概念2 按扰动补偿的复合校正3 按输入补偿的复合校正 基于误差控制的缺点 只有当系统产生误差或干扰产生影响时 系统才被控制以消除误差的影响 若系统包含有很大时间常数的环节 或者系统响应速度要求很高 调整速度就不能及时跟随输入信号或干扰信号的变化 从而当输入或干扰变化较快时 会使系统经常处于具有较大误差的状态 1 复合校正的概念 为了减小或消除系统在特定输入作用下的稳态误差 可提高系统开环增益或型别 这两种方法均会影响系统的稳定性 并会降低系统的动态性能 解决办法 在系统的反馈控制回路中加入前馈通路 组成一个前馈控制和反馈控制相组合的系统 这样的系统就称为复合控制系统 相应的控制方式称为复合控制 通过适当选择系统带宽可以抑制高频扰动 但对低频扰动无能为力 存在低频强扰动时一般的反馈控制校正方法很难满足系统高性能的要求 6 5复合校正 复合校正的概念2 按扰动补偿的复合校正3 按输入补偿的复合校正 2 按扰动补偿的复合校正 目的 对系统输出C s 产生补偿作用 以抵消扰动N s 通过G2 s 对输出C s 的影响 由式 6 84 和 6 85 知 必有因此 式 6 86 称为对扰动的误差全补偿条件 扰动作用下的输出为 若选择前馈补偿装置的传递函数 扰动作用下的误差为 6 85 6 86 6 84 因此在实际使用时 多在系统性能起主要影响的频段内采用近似全补偿 或者采用稳态全补偿 以使前馈补偿装置易于物理实现 扰动前馈也不改变系统闭环特征方程 即对系统稳定性无影响 主要扰动引起的误差 由前馈通道进行全部或部分补偿 次要扰动引起的误差由反馈控制予以抑制 本章小结 1 系统的综合与校正问题为了使原系统在性能指标上的缺陷得到改善或补偿而按照一定的方式接入校正装置和选定校正元件参数的过程就是控制系统设计中的综合与校正问题 从某种意义上讲 系统的综合与校正是系统分析的逆问题 系统分析的结果具有唯一性 而系统的综合与校正是非唯一的 2 校正方式根据校正装置与原系统的连接方式可分为串联校正 前馈校正 反馈校正和复合校正四种方式 根据校正装置的特性可分为超前校正和滞后校正 3 超前校正超前校正装置具有相位超前作用 它可以补偿原系统过大的滞后相角 从而增加系统的相角裕度和带宽 提高系统的相对稳定性和响应速度 在S域内 超前校正装置的零点比极点更靠近原点 它可以改变原系统根轨迹的形状 得到希望的零点 超前校正通常用来改善系统的动态性能 在系统的稳态性能较好而动态性能较差时 采用超前校正可以得到较好的效果 但由于超前校正装置具有微分的特性 是一种高通滤波装置 它对高频噪声更加敏感 从而降低了系统抗干扰的能力 因此在高频噪声较大的情况下 不宜采用超前校正 4 滞后校正滞后校正装置具有相位滞后的特性 它具有积分的特性 由于积分特性可以减少系统的稳态误差 因此滞后校正通常用来改善系统的稳态性能 滞后校正装置具有低通滤波的特性 利用它的高频衰减特性降低系统的截止频率 可以提高系统的相角裕度 改善系统的动态性能 但同时减小了系统的带宽 降低了系统的响应速度 因此对响应速度要求较高的系统不宜采用滞后校正 高频衰减特性可以降低高频噪声对系统的影响 从而提高系统抗干扰能力 这是滞后校正的一大优点 5 滞后 超前校正在系统的动态和稳态性能都有待改善时 采用滞后 超前校正效果较好 利用校正装置的滞后特性改善系统的稳态性能提高系统精度 而利用它的超前作用来改善系统的动态性能提高系统的相角裕度和响应速度等 在校正的步骤上 可以先满足系统的动态性能确定出校正装置中超前部分的参数 然后再根据稳态性能确定滞后部分的参数 也可以按相反的顺序设计 6 反馈校正反馈校正除了可以达到与串联校正相同的效果外 还可以抑制来自系统内部和外部扰动的影响 因此对那些工作环境比较差和系统参数变化幅度较大的系统 采用反馈校正效果会更好些 需要指出的是 由于局部反馈有可能引起校正回路的振荡 因此在选择校正装置参数时应特别小心 一般情况下 被校正装置包围的前向通道一般不超过两个环节 7