反馈校正和复合校正ppt课件

1、五、并联校正和复合校正五、并联校正和复合校正l 并联校正反响校正并联校正反响校正 G1(s)G2(s)Gc(s)Xi(s)Xo(s) 反响校正的根本原理反响校正的根本原理第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering)()(1)()()(221sGsGsGsGsGc1)()( )()(1)()( )()()(21221jGjGsGsGjGjGsGsGsGccc上式阐明，当部分反响回路的开环增益远小于上式阐明，当部分反响回路的开环增益远小于 1时，该反响可以为开路，已校正系统与未校时，该反响可以为

2、开路，已校正系统与未校正系统特性几乎一致；正系统特性几乎一致；第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering当部分反响回路的开环增益远大于当部分反响回路的开环增益远大于1 时，部分时，部分反响回路的特性主要取决于反响校正安装，校反响回路的特性主要取决于反响校正安装，校正后系统的特性几乎与被反响校正安装包围的正后系统的特性几乎与被反响校正安装包围的环节无关。环节无关。因此，适中选择反响校正安装的方式和参数，因此，适中选择反响校正安装的方式和参数，可以消除未校正系统中对系统动态性能改善有可以消除未校

3、正系统中对系统动态性能改善有艰苦妨碍作用的某些环节的影响，使已校正系艰苦妨碍作用的某些环节的影响，使已校正系统的特性发生期望的变化。统的特性发生期望的变化。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering假设假设|G2(j)Gc(j)| 具有以下图所示的特性，具有以下图所示的特性，那么就可利用反响校正坚持原系统的低频和高那么就可利用反响校正坚持原系统的低频和高频特性不变即系统的稳态性能和抗干扰才干频特性不变即系统的稳态性能和抗干扰才干不变。经过将中频段改造不变。经过将中频段改造为为G1(s)/Gc

4、(s) ，达，达到改善系统动态性到改善系统动态性能的目的。能的目的。20lg|G2(j)Gc(j)|120第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering 反响校正的根本作用反响校正的根本作用q 减小被包围环节的时间常数减小被包围环节的时间常数122sTKKcG2(s)Gc(s)X1(s)X2(s) 位置反响111)()(222212sKKTKKKsXsXcc等效环节仍为惯性环节，但开环增益及时间常等效环节仍为惯性环节，但开环增益及时间常数均减小数均减小1+K2Kc倍。倍。第六章第六章 系统的性能

5、与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering) 1(22sTsKKcsG2(s)Gc(s)X1(s)X2(s) 速度反响软反响111)()(222212sKKTsKKKsXsXcc等效传送函数与未校正前一样，但开环增益及等效传送函数与未校正前一样，但开环增益及时间常数均减小时间常数均减小1+K2Kc倍。倍。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineeringq 降低对被包围元件参数变化的敏感性降低对被包围元件参数变化的敏感性

6、G2(s)Gc(s)X1(s)X2(s)无反响时：无反响时：)()()(122sXsGsX假设假设G2(s)由于元件参数的变化引起由于元件参数的变化引起 G2(s)的变化量，那么由此引起的输出变化量为：的变化量，那么由此引起的输出变化量为： X2(s) = G2(s)X1(s) 第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering引入反响校正后：引入反响校正后：)()()(1)()(1222sXsGsGsGsXcG2(s)产生产生 G2(s)的变化时，输出为：的变化时，输出为： )()()()(1)(

7、)()()(1222222sXsGsGsGsGsGsXsXc普通普通 |G2(s)| | G2(s)|，那么：，那么： )()()(1)()()()(1)()()(12212222sXsGsGsGsXsGsGsGsXsXcc第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering从而：从而： )()()(1)()(1222sXsGsGsGsXc显然，由显然，由G2(s)的变化引起输出变化量比校正的变化引起输出变化量比校正前减小了前减小了|1+G2(s)Gc(s)|倍。倍。普通，系统不可变部分的特性，包括被

8、控对象在普通，系统不可变部分的特性，包括被控对象在内，其参数稳定性与其本身要素有关，无法随便内，其参数稳定性与其本身要素有关，无法随便改动；而反响校正安装的特性及元件的参数稳定改动；而反响校正安装的特性及元件的参数稳定性可由设计者选择，因此，反响校正的这一特性性可由设计者选择，因此，反响校正的这一特性可有效降低系统对参数变化的敏感性。可有效降低系统对参数变化的敏感性。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineeringq 等效替代串联校正等效替代串联校正122sTKKcG2(s)Gc(s)X1(s)X

9、2(s)111)()(222212sKKTKKKsXsXcc 位置反响位置反响)(111111111)()(22222222212sGsTsTsTKsKKTsTKKsXsXiicc串联超前校正串联超前校正第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering 速度反响速度反响) 1(22sTsKKcsG2(s)Gc(s)X1(s)X2(s)111)()(222212sKKTsKKKsXsXcc)(111111111)()(22222222212sGsTsTsTsKsKKTsTKKsXsXiicc串联超前

10、校正串联超前校正第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering 近似速度反响近似速度反响11111)1 (1 1)1 () 1()()(2222222222212sTKsrKTsTsrKssTrKsTsKsXsX122sTKG2(s)Gc(s)X1(s)X2(s)1ssr T2，1+ rK2 1滞后超前校正滞后超前校正特点：不特点：不降低开环降低开环增益。增益。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engine

11、ering 反响校正与串联校正的比较反响校正与串联校正的比较q 普通，串联校正比反响校正简单，但串联校普通，串联校正比反响校正简单，但串联校q 正对系统元件特性的稳定性有较高的要求。正对系统元件特性的稳定性有较高的要求。q 反响校正对系统元件特性的稳定性要求较低，反响校正对系统元件特性的稳定性要求较低，q 由于其减弱了元件特性变化对整个系统特性由于其减弱了元件特性变化对整个系统特性q 的影响；但反响校正常需由一些昂贵而庞大的影响；但反响校正常需由一些昂贵而庞大q 的部件所构成，对某些系统能够难以运用。的部件所构成，对某些系统能够难以运用。q 反响校正可以起到与串联校正同样的作用。反响校正可以起

12、到与串联校正同样的作用。q 且具有较好的抗噪才干。且具有较好的抗噪才干。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering 反响校正的设计反响校正的设计G1(s)G2(s)Gc(s)Xi(s)Xo(s)G3(s)H(s)未校正时系统的开环传送函数：未校正时系统的开环传送函数： G0(s) G1(s)G2(s)G3(s)H(s)第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering参与反响校正后系统的开环传送函

13、数：参与反响校正后系统的开环传送函数：)s(G)s(G)s(G)s(Gc201 )s(G)s(G)s(G)s(Gc20 q 当当|G2(j )Gc(j )| 1时时)()()()(02sGsGsGsGc第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering上式阐明，在上式阐明，在|G2(j)Gc(j)| 1的频带范围的频带范围内，反响校正安装的频率特性：内，反响校正安装的频率特性：Lc( ) L0( ) L( ) L2( )由于由于L0(j )、 L2(j )均为知，而期望的开环传送均为知，而期望的开环

14、传送对数频率特性对数频率特性L(j )可以由给定的性能目的要求可以由给定的性能目的要求获得，因此，可以方便地确定出获得，因此，可以方便地确定出Lc(j )。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering在上述综合设计过程中该当留意：在上述综合设计过程中该当留意：q 部分反响回路必需稳定。部分反响回路必需稳定。q 由于由于|G2(j)Gc(j)| 1，故在受校正频段要求：，故在受校正频段要求：Lc() + L2() L0() L() 0L0() L()越大，校正安装精度越高。越大，校正安装精度越高

15、。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering实践设计时，也可先采用串联校正方法得到称实践设计时，也可先采用串联校正方法得到称心的已校开环传送函数，然后用等效的部分反心的已校开环传送函数，然后用等效的部分反响校正来实现。此时，响校正来实现。此时，Gc(s)求法如下：求法如下：)s(G)s(G)s(G)s(Gc201 )(1)()()(20sGsGsGsGc第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineer

16、ingl 复合校正 复合控制的概念复合控制的概念q 基于误差控制的缺陷基于误差控制的缺陷 只需当系统产生误差或干扰产生影响时，只需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。系统才被控制以消除误差的影响。这样，假设系统包含有很大时间常数的环这样，假设系统包含有很大时间常数的环节，或者系统呼应速度要求很高，调整速节，或者系统呼应速度要求很高，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形状。使系统经常处于具有较大误差的形状。第六章第六章 系统的

17、性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering 为了减小或消除系统在特定输入作用下的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次，稳态误差，可提高系统开环增益或型次， 但这两种方法均会影响系统的稳定性。但这两种方法均会影响系统的稳定性。 经过适中选择系统带宽可以抑制高频扰动，经过适中选择系统带宽可以抑制高频扰动， 但对低频扰动缺无能为力。特别是存在低但对低频扰动缺无能为力。特别是存在低 频强扰动时，普通的反响控制校正方法很频强扰动时，普通的反响控制校正方法很 难满足系统高性能的要求。难满

18、足系统高性能的要求。处理方法：引入误差补偿通路，与原来的反处理方法：引入误差补偿通路，与原来的反 馈控制一同进展复合控制。馈控制一同进展复合控制。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineeringq 复合控制复合控制经过在系统中引入输入或扰动作用的开环误经过在系统中引入输入或扰动作用的开环误差补偿通路顺馈或前馈通路，与原来的差补偿通路顺馈或前馈通路，与原来的反响控制回路一同实现系统的高精度控制。反响控制回路一同实现系统的高精度控制。G1(s)G(s)Gc(s)Xi(s)或N(s)Xo(s)+H(s)

19、+第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering 按输入按输入(顺馈顺馈)补偿的复合校正补偿的复合校正系统的偏向传送函数为：系统的偏向传送函数为：)()()(1)()()(1)()()(212sHsGsGsHsGsGsXssciiG1(s)G2(s)Gc(s)Xi(s)Xo(s)+H(s)(s)+第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering显然，假设选择：显然，假设选择：)()(1)(2sHsG

20、sGc (s) = 0即误差完全经过顺馈通路得到补偿，系统既没即误差完全经过顺馈通路得到补偿，系统既没有动态误差也没有稳态误差，在任何时辰都可有动态误差也没有稳态误差，在任何时辰都可以实现输出立刻复现输入以实现输出立刻复现输入(不变性原理不变性原理)，系统，系统具有理想的时间呼应特性。具有理想的时间呼应特性。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering留意到无顺馈补偿时，系统闭环传送函数：留意到无顺馈补偿时，系统闭环传送函数：)()()(1)()()()()(2121sHsGsGsGsGsXs

21、Xsio参与顺馈补偿后：参与顺馈补偿后：)()()(1)()()()()()(2121sHsGsGsGsGsGsXsXscio第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering显然，顺馈补偿很好地处理了普通反响控制显然，顺馈补偿很好地处理了普通反响控制系统在提高控制精度与保证系统稳定性之间系统在提高控制精度与保证系统稳定性之间存在的矛盾。存在的矛盾。易见，顺馈补偿不改动系统的闭环特征多项易见，顺馈补偿不改动系统的闭环特征多项式，即顺馈补偿不改动系统的稳定性。现实式，即顺馈补偿不改动系统的稳定性。现实

22、上，顺馈补偿采用了开环控制方式补偿输入上，顺馈补偿采用了开环控制方式补偿输入作用下的输出误差。作用下的输出误差。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering由于由于G2(s)H(s)往往比较复杂，往往比较复杂，Gc(s)的物理的物理实现相当困难。此外，全补偿意味着系统要实现相当困难。此外，全补偿意味着系统要以极大的速度运动，需求极大的功率。以极大的速度运动，需求极大的功率。因此，工程中普通只在对系统性能起主要影因此，工程中普通只在对系统性能起主要影响的频段内实现近似全补偿部分补偿或响的频段内实

23、现近似全补偿部分补偿或者采用稳态全补偿。者采用稳态全补偿。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering部分顺馈补偿可有效提高系统的无差度。部分顺馈补偿可有效提高系统的无差度。为方便分析，假设为方便分析，假设G1(s)1，假设：，假设：)()()(122112asasasasKsHsGnnnn取取Gc(s)l l1s，那么系统闭环传送函数，那么系统闭环传送函数为：为：KasasasassKsnnnn)()1 ()(122111第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of m

24、echanical & electronic engineering等效单位反响系统的开环传送函数为：等效单位反响系统的开环传送函数为：1122111)1 ( )(1)()(KasasasassKsssGnnnnk假设令假设令l l1 = a1/K，那么系统型次提高为，那么系统型次提高为II型。型。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering假设取假设取Gc(s)2s2 +1s，那么：，那么：KasasasasssKsnnnn)() 1()(12211122等效单位反响系统的开环传送函

25、数为：等效单位反响系统的开环传送函数为：1122211122) 1( )(1)()(KasKasasasssKsssGnnnnk令令l l1=a1/K，l l2=a2/K，系统型次提高为，系统型次提高为型。型。第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering 按扰动按扰动(前馈前馈)补偿的复合校正补偿的复合校正假设扰动信号可丈量，那么可采用前馈补偿控假设扰动信号可丈量，那么可采用前馈补偿控制。制。G1(s)G2(s)Gc(s)Xi(s)Xo(s)+H(s)(s)+Gn(s)N(s)+G3(s)第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正College of mechanical & electronic engineering)()()()(1)()()()()()()(32132sHsGsGsGsGsGsGsGsNsXsnconn扰动作用下的闭环传送函数为：扰动作用下的闭环传送函数为：扰动作用下的误