相位超前校正PPT课件

1、2 2校正装置校正装置 ? ? 无源校正装置，有源校正装置无源校正装置，有源校正装置； 相位超前校正装置，相位滞后校正装置，相位超前校正装置，相位滞后校正装置，相位滞后超前校正装置相位滞后超前校正装置回顾： 系统校正的概念与校正装置第1页/共27页 按校正装置在系统中的连接方式： 串联校正串联校正 、并联校正、前馈校正、复合校正、并联校正、前馈校正、复合校正 比如串联校正比如串联校正：3校正方式？校正方式？)(sGc)(sGP)(sH)(sR-)(sC)(sE)(sB回顾： 系统校正的概念与校正装置第2页/共27页 根据校正装置的相位特征而分为根据校正装置的相位特征而分为： 3校正方式？校正方

2、式？回顾： 系统校正的概念与校正装置 相位超前校正相位超前校正、 相位滞后校正相位滞后校正、 相位滞后相位滞后超前校正超前校正第3页/共27页 第第7章章 线性系统的设计方法线性系统的设计方法7.3 基于伯德图的基于伯德图的系统系统校正校正 7.3.1 相位超前校正相位超前校正 7.3.2 相位滞后校正相位滞后校正 7.3.3 滞后滞后- -超前校正超前校正 7.3.4 超前超前、滞后滞后、滞后滞后- -超前校正超前校正的的比较比较第4页/共27页7.3 基于伯德图的基于伯德图的系统系统校正校正为什么选择基于伯德图的方法？为什么选择基于伯德图的方法？ 1、幅频特性相乘关系转化为相加关系2、设计

3、过程得到简化。 第5页/共27页7.3 基于伯德图的基于伯德图的系统系统校正校正 如何校正？如何校正？ 1 相位超前校正相位超前校正 2 相位滞后校正相位滞后校正 3 滞后滞后- -超前校正超前校正 第6页/共27页相位超前校正相位超前校正校正原理？校正原理？校正方法？校正方法？校正利弊？校正利弊？ （通过实例分析来总结）（通过实例分析来总结）7.3 基于伯德图的相位超前校正第7页/共27页相位超前校正相位超前校正原理原理1C1R2Rouiu7.3 基于伯德图的相位超前校正1，11)(TsTssGciu1C-+ou- +2C1R2R3R4R相位超前校正装置相位超前校正装置及其传递函数及其传递函

4、数第8页/共27页 Bode图图22)(1lg20)(1lg20)(TTLTtgTtg11)(频率特性的主要特点是：频率特性的主要特点是：相频特性为正值；相频特性为正值；存在存在最大相位超前量最大相位超前量 m；m处，获得处，获得 m；7.3 基于伯德图的相位超前校正lg10)(mL第9页/共27页-cGGRC Gc为校正装置，为校正装置，G为对象为对象基于伯德图的相位超前校正方法基于伯德图的相位超前校正方法利用频率响应法设计超前校正装置的步骤如下：利用频率响应法设计超前校正装置的步骤如下： 求求出满足稳态性能指标的开环增益出满足稳态性能指标的开环增益K K值；值； 根据求出的根据求出的K K

5、值，画出校正前的值，画出校正前的Bode图，确定此时图，确定此时的幅值穿越频率的幅值穿越频率 c1和相位裕量和相位裕量g g1；7.3 基于伯德图的相位超前校正第10页/共27页 相位超前校正装置提供的最大相位超前量相位超前校正装置提供的最大相位超前量)105(10ggmg g0 0 为系统期望的相角裕量为系统期望的相角裕量g g1 未校正系统的相角裕量未校正系统的相角裕量 一般预留抵消滞后量为一般预留抵消滞后量为510 根据根据 ，由，由 m求出求出 值值mmsin1sin17.3 基于伯德图的相位超前校正第11页/共27页 相位超前装置在相位超前装置在 m处的幅值处的幅值lg10)(mL

6、所以所以 c2应选在未校正系统的应选在未校正系统的L L() = =10lg 处。处。 当当 c2 m时，由时，由Tm1mT1TsTssGc111)( 在系统中把原放大器增益增大在系统中把原放大器增益增大 倍，或插倍，或插入一个增益为入一个增益为 的的 放大器。放大器。画出校正后的画出校正后的Bode图，确定此时的幅值穿越频率图，确定此时的幅值穿越频率 c2和相位和相位裕量裕量g g2，校验系统的性能指标。一定要校验，不满足做。，校验系统的性能指标。一定要校验，不满足做。7.3 基于伯德图的相位超前校正第12页/共27页例：例：已知一单位反馈系统的开环传递函数为已知一单位反馈系统的开环传递函数

7、为 试设计一个相位超前校正装置满足试设计一个相位超前校正装置满足: : 相位裕量大于相位裕量大于4545； 对单位速度函数输入，输出的稳态误差小于或等于对单位速度函数输入，输出的稳态误差小于或等于 0.01rad 0.01rad。)25(2500)(ssKsGg7.3 基于伯德图的相位超前校正第13页/共27页解：解： 对对型系统型系统ess=R/Kv，现，现R=101. 01001gssKe要求要求 即即 11ggKK取 画出画出Kg=1时未校正系统时未校正系统Bode图，确定此时的图，确定此时的 c1和和g g。7.3基于伯德图的相位超前校正第14页/共27页c147g1=28c150g1

8、=26.67.3 基于伯德图的相位超前校正第15页/共27页471c2804. 090180)(180111cctgg若按折线计算若按折线计算501c6 .2604. 090180)(180111cctgg7.3基于伯德图的相位超前校正第16页/共27页 求出求出需要相位超前网络提供的最大相位超前量需要相位超前网络提供的最大相位超前量 m。2252845)105(10ggm这里考虑原系统相频特性在这里考虑原系统相频特性在 c1附近较平坦，所以只加附近较平坦，所以只加5。 由2.2sin1sin1mm决定校正系统的幅值穿越频率决定校正系统的幅值穿越频率 c2。为了最大限度利用相位。为了最大限度利

9、用相位 超前网络的相位超前量，超前网络的相位超前量， c2应与应与 m相重合相重合。即。即 c2应应选在未校正系统的选在未校正系统的L L() = =10lg 处。处。lg10)04. 0(1lg20100lg20)(22cL0)04. 0(1100lg2020625000062524743912.34082582cm7.3基于伯德图的相位超前校正第17页/共27页在系统中把原放大器增益增大在系统中把原放大器增益增大2.2倍，或插倍，或插入一个增益为入一个增益为2.2 的放大器。的放大器。 画出校正后的画出校正后的Bode图，确定此时的幅值穿越频率图，确定此时的幅值穿越频率 c2和相位和相位裕

10、量裕量g g2，校验系统的性能指标。，校验系统的性能指标。 当当 c2 m时，由时，由Tm101162. 0861582 . 211mT863901162. 0102557. 012 . 21111)(ssssTsTssGc39102557. 0T)86)(25()39(2 . 22500)01162. 01)(04. 01 ()02557. 01 (100)(sssssssssG35.4502557. 001162. 004. 090180212121ccctgtgtgg7.3 基于伯德图的相位超前校正第18页/共27页c147g1=28c150g1=26.6c258g=45.357.3 基

11、于伯德图的相位超前校正第19页/共27页Time (sec.)AmplitudeStep Response00.050.10.150.20.250.30.350.40.4500.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.5From: U(1)To: Y(1)7.3基于伯德图的相位超前校正第20页/共27页相位超前校正对系统的影响和限制相位超前校正对系统的影响和限制有利改善：有利改善： 改善了系统的相对稳定性改善了系统的相对稳定性； 改善了系统的快速性改善了系统的快速性； 不影响准确性。不影响准确性。7.2 基于伯德图的相位超前校正不利因素：不利因素： 高频衰减相对减弱，易引入高频谐波干扰高频衰减相对减弱，易引入高频谐波干扰第21页/共27页工程简易方法：工程简易方法：7.2 基于伯德图的相位超前校正（工程应用补充知识）一阶微分消弱大惯性环节的影响一阶微分消弱大惯性环节的影响第22页/共27页工程简易方法：工程简易方法：7.2 基于伯德图的相位超前校正（工程应用补充知识）一阶微分消弱大惯性环节的影响一阶微分消弱大惯性环节的影响校正后的传递函数：校正后的传递函数：第23页/共27页工程应用于案例工程应用于案例7.2 基于伯德图的相位超前校正（工程应用补充知识）热工系统：热工系统