自动控制原理第六章ppt课件

1、 控制系统的校正第6章;在系统原构造上添加新的安装是改善系统性能的主要措施，这一措施称为系统校正。为改善系统性能添加的安装叫做校正安装或校正环节。 校正安装接入系统的方法称为校正方式，根本的校正方式有以下三种 串联校正校正安装Gc(s)串接在系统误差丈量之后的前向通道中校正安装Gc(s)接在系统的部分反响通道中 反响校正在反响控制回路中，参与前馈校正通路复合校正;频率法校正系统设计频率法校正系统设计 又称试探法，是首先根据阅历确定校正方案，然后根据要求，选择某一种类型的校正安装，经过系统分析和计算求出校安装的参数，最后进展验算、调整参数，直至校正后全部 满 足 性 能 目 的 为 止 。 又称

2、期望特性法，是根据性能目的的要求，构造出期望的系统特性，然后再根据原系统固有特性和期望特性去选择校正安装的特性及参数，使得系统校正后的特性与期望特性完全一致。分析法分析法综合法综合法;6.2.1 串联超前校正安装的特点串联超前校正安装的特点T11T12mmSinSin11211Tm11arcsin21arctanm最大超前相角m是 1和 2的几何中心点，在对数频率特性上 m位于 1和 2的中间位置。mm对应的幅值对应的幅值TsTsGc11221arctan)(TTT传送函数(1)相角 最大超前角对应的频率最大超前角对应的频率m只取只取决于参数决于参数。 当当=520时，时，m =4265；当；

3、当20时，时， m添加不多，但校正网络添加不多，但校正网络的工程实现较困难，所以普通取的工程实现较困难，所以普通取20。 ;6.2.2 串联超前校正方法串联超前校正方法用分析法设计串联超前校正安装的步骤如下：mmSinSin11mT1112mT1236547 根据系统误差要求确定其开环放大倍数K。 绘制待校正系统的对数频率特性L()和()曲线，并确定其穿越频率c和相位稳定裕度。 根据性能目的要求的相位裕度和实践系统的相位裕度，确定最大超前相角m()= - +。 (取512) 根据m按照 计算出值。 在L()上找到幅频值为-10lg的点处的频率作为超前校正安装的m。 根据选定的m确定校正安装的转

4、机频率 、 ，并画出校正安装的对数频率特性Lc()。 画出校正后系统对数频率特性曲线L()，并校验系统的相位裕度。假设不满足要求，那么增大，从步骤3开场重新计算。;6.3.2 串联滞后校正方法串联滞后校正方法用分析法设计串联滞后校正安装的步骤如下：123546 根据系统误差要求确定其开环放大倍数K。 绘制待校正系统的对数频率特性L()和()曲线，并确定其穿越频率c和相位稳定裕度。 根据性能目的要求的相位裕度和实践系统的相位裕度，根据算式 (c)= 180+计算校正后系统的穿越频率c 。 (取515) 根据20lg+L(c)=0 ，确定参数值。 普通选取2=(0.10.05)c那么1=2，并画出

5、校正安装的对数频率特性Lc()。 画出校正后系统对数频率特性曲线L()，并校验系统的相位裕度。假设不满足要求，需适当放大参数裕量，重新选择参数，反复以上步骤。;)11.0)(12.0()(sssKsG要求系统的kv30，相位稳定裕度40，试设计滞后校正安装的参数。设一单位反响系统开环传送函数为15409. 007 . 230lg20lg20sradc/27.01 .02srad /024. 021ssssssGc4117 . 31024. 0127. 0111)(12)411)(2 . 01)(1 . 01 ()7 . 31 (30)(ssssssG403 .41) ( 180c2根据要求，取

6、k=kv=30，系统的开环传送函数为) 11 . 0)(12 . 0(30)(ssssGsradcc/7 . 2133740180180) (36;6.4.1 串联滞后超前校正安装的特点串联滞后超前校正安装的特点)()1)(1 ()1)(1 (1111221121212211TTTTsTsTsTsTsTsTsTsTGc传送函数它们分别与滞后和它们分别与滞后和超前安装的传送函超前安装的传送函数方式一样，故具数方式一样，故具有滞后有滞后超前的超前的作用作用;6.4.2 串联滞后超前校正方法串联滞后超前校正方法用分析法设计串联滞后超前校正安装的步骤如下：123546 根据系统误差要求确定其开环放大倍

7、数K。 绘制待校正系统的对数频率特性L()和()曲线，并确定其穿越频率c和相位稳定裕度。 普通选取待校正系统=0时所的值作为校正后系统的穿越频率c 。 普通滞后部分的第二个转机频率为2=(1/5-1/10)c =1/T2，选取=0.1，即可确定出1=2 =1/T1。 过c, -L(c)点作+20的斜线，分别交滞后校正安装的频率特性和横轴(轴)于两点，那么这两个交点所对应的频率值即为相位超前校正安装的两个转机频率3、4。 写出滞后一超前校正安装的传送函数，校验已校正系统的各项性能目的。;)2)(1(2)(sssKsG设一单位反响系统开环传送函数为 要求系统1)143. 01)(7 .661 ()

8、43. 11)(67. 61 ()(ssssGc 根据要求，取k=kv=10，系统的开环传送函数为) 15 . 0)(1(10)(ssssG的kv10，相位稳定裕度40，h 10dB。试设计校正安装的参数。54sTsrad43.1/7 .023sTsrad143. 0/724)143. 01)(7 .661)(5 . 01)(1 ()43. 11)(7 . 61 (10)(ssssssssGdBdBhggc10164180) ( 406 .44) ( 1802sradcccc/5 . 105 . 0arctanarctan90180) (18036绘制对数频率特性L()和()曲线，c=2.7r

9、ad/s，02=0.1c =0.15rad/s，选取=0.1，1=2 =0.015rad/sdBGc13) (lg20作+20的斜线得到： , 过1.5, -13点;期望频率特性法的设计步骤如下：1234 根据待校正系统的传送函数，绘出其对数幅频特性曲线根据待校正系统的传送函数，绘出其对数幅频特性曲线L()，并求其对应的性能，并求其对应的性能目的。目的。 根据系统的设计目的要求，绘制期望特性曲线根据系统的设计目的要求，绘制期望特性曲线L() 根据稳态精度确定低频段的斜率及高度根据稳态精度确定低频段的斜率及高度(假设原系统满足要求可不再变动假设原系统满足要求可不再变动)。 由需求的相位裕度及暂态

10、目的，确定由需求的相位裕度及暂态目的，确定c与与，并根据下式计算及，并根据下式计算及a、b： 按中频段为按中频段为-40-20-40的外形确定出其它交接频率。的外形确定出其它交接频率。 根据期望特性曲线根据期望特性曲线L()，求出对应的，求出对应的等目的，校验其能否满足设计需求。等目的，校验其能否满足设计需求。 ( ) 由由Lc()=L()-L()确定出校正安装的传送函数。确定出校正安装的传送函数。 abcannnnn,21arctan求出bcaarctanarctanc;1(1)系统具有一阶无差度，速度误差系数系统具有一阶无差度，速度误差系数KV=200s-1 (2)超调量超调量5%30%

11、(3)调理时间调理时间ts0.5s) 101. 0)(11 . 0(200)(ssssG设一单位反响系统开环传送函数为设一单位反响系统开环传送函数为根据以下性能目的校正系统。根据以下性能目的校正系统。4236绘制期望特性曲线L() 低频段: 维持原来的斜率和高度不变K=200=KV 。中频段:可取c=20rad/s,=50绘制对数频率特性L()，得到sradc/50,8 . 46055525. 7)4850(6 . 721arctanbb取取求出nnnnncaca6 .576020arctan520arctanarctanbaac校验能否满足目的要求)1001)(601)(5 . 01 ()5

12、1 (200)(ssssssG)0167. 01)(21 ()1 . 01)(2 . 01 ()()( )()()()(sssssGsGsGsGsGsGcc5 时域目的经过公式换算为开环频域目的： ) 1sin1(5 . 2) 1sin1(5 . 12() 1sin1(4 . 016. 02KKtcssradc/8 .17,48;sKsKKsGDIPC)(sKsKKsKKsKsKsKsGIIPIDIPDc11)(22增益系数增益系数上升时间上升时间超调量超调量过渡过程时间过渡过程时间稳态误差稳态误差KP减小增大微小变化减小KI减小增大增大消除KD微小变化减小减小微小变化PID校正安装又称PID

13、调理器，它是用比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)控制规律组成的串联校正安装。其参数根据系统的最正确性能要求而规范和简化的希望特性来确定。其校正设计简单易于工程实现。控制规律控制规律参数对系统时域参数对系统时域目的的影响目的的影响(KP、KI 、KD为常数，KP是比例增益系数)实践运用中PID调理器另外一种表示方式实践运用中PID调理器还可以方便地设置成P调理器和PI调理器等用于不同的场所和目的 P调理器PI调理器sKKsGIPC)(TsssG) 1()(1或PCKsG)(P调理器只改动信号的增益而不影响其相位。在串联校正中，加大调理器增益K

14、P，可以提高系统的开环增益，减少稳态误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至能够呵斥系统不稳定。 PI调理器相当于在系统中添加了一个原点开环极点、一个负实开环零点。原点开环极点可以提高系统的型别，以消除或减少系统的稳态误差，改善系统的稳定性能；而添加的负实零点可减小系统的阻尼程度，缓和PI调理器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。;PID的串联校正，又称串联工程设计法。其校正步骤是先根据待的串联校正，又称串联工程设计法。其校正步骤是先根据待校正系统的传送函数确定串联校正安装校正系统的传送函数确定串联校正安装GC(s)的方式，如的方式，如P、PI或或PID等调理器，然后按最

15、正确性能要求，选择相应调理器的参数。等调理器，然后按最正确性能要求，选择相应调理器的参数。常用的常用的PID工程设计法有两种，即工程设计法有两种，即“三阶最正确设计法和三阶最正确设计法和“最小最小Mr设计法设计法 三阶最正确设计法三阶最正确设计法最小最小Mr设计法设计法) 1() 1()()()( 221sTssTKsGsGsGc校正后系统期望开环传送函数的方式为选择期望特性的参数，通常取212221,81,4HTTTKTTH) 1(8) 14()( 22222sTsTsTsG 与三阶最正确设计仅在参数选择上有不同：是使对应的闭环系统具有最小的Mr值。通常取 ：2122221,21,5HTTT

16、HHKTTH) 1(8) 14()( 22222sTsTsTsG 由由G(s)和和G(s)，确定相应，确定相应PID调理器调理器GC(s)的参数。的参数。 ;6.7.1 反响校正的功能反响校正的功能hhhKKsKsKKsKsG/1/1/1/)(这意味着降低了大回路系统的稳态精度，但改善了系统的稳定性。111)(sKKTKKKsGhh其结果还是惯性环节，但时间常数变小了，即惯性变小，同时增益也变小，但这可以经过提高用比例反响又称位置反响包围积分环节，可将其变的一惯性环节改动系统的部分构造改动系统的部分构造 减小被包围环节时间常数减小被包围环节时间常数被反响包围的惯性环节时间常数T较大，影响整个系统的呼应速度，采用比例反响后放大环节的增益来补偿。替代系统中不利环节替代系统中不利环节作用的某些环节，构成一个部分反响回路，在部分反响回络的开环幅值远大于1的条件下，部分反响回络的特性主要取决于反响校正安装，而与被包围部分无关，适中选择反响校正安装的方式和参数，可以使已校正系统的性能满足给定目的的要求。 利用反响校正安装包围待校正系统中对动态性能改善有艰苦妨碍;6.7.2 反响校正的方法