自动控制原理与应用第7章自动控制系统的校正

自动控制原理与应用第7章自动控制系统的校正校正概述线性系统校正方法非线性系统校正方法数字控制系统校正技术自动控制系统校正实例分析自动控制系统校正实验与仿真校正概述01自动控制系统校正是指通过引入附加装置或改变系统结构参数，以改善系统性能的过程。使系统满足稳定性、快速性、准确性和鲁棒性等性能指标要求，提高系统控制品质。校正定义与目的校正目的校正定义串联校正在系统中串联一个校正装置，以改变系统的开环传递函数，达到改善系统性能的目的。并联校正在系统中并联一个校正装置，以改变系统的闭环传递函数，达到改善系统性能的目的。复合校正同时采用串联和并联校正方式，以更灵活地改善系统性能。校正方法分类稳定性指标相位裕度、幅值裕度等，用于衡量系统的稳定性。快速性指标上升时间、调节时间等，用于衡量系统响应的快速性。准确性指标稳态误差、跟踪误差等，用于衡量系统控制的准确性。鲁棒性指标灵敏度、补灵敏度等，用于衡量系统对参数变化和干扰的抵抗能力。校正系统性能指标线性系统校正方法02比例校正比例校正简单易行，可以提高系统的快速性和准确性，但是过大的比例系数可能导致系统不稳定。优缺点比例校正通过改变系统的开环增益来改善系统的性能。它根据误差的大小来成比例地调整控制信号，从而减小稳态误差，提高系统的快速性和准确性。原理在系统中引入一个比例环节，其传递函数为Kp（Kp为比例系数），通过调整Kp的值来改变系统的开环增益。实现方式实现方式在系统中引入一个积分环节，其传递函数为1/(Ti*s)（Ti为积分时间常数），通过调整Ti的值来改变积分作用的强弱。优缺点积分校正可以消除稳态误差，提高系统的无差度，但是积分作用过强可能导致系统超调甚至振荡。原理积分校正通过引入一个积分环节来改善系统的性能。积分环节可以消除稳态误差，提高系统的无差度。积分校正原理实现方式优缺点微分校正微分校正通过引入一个微分环节来改善系统的性能。微分环节可以反映误差的变化趋势，从而提前产生控制作用，减小超调和振荡。在系统中引入一个微分环节，其传递函数为Td*s（Td为微分时间常数），通过调整Td的值来改变微分作用的强弱。微分校正可以减小超调和振荡，提高系统的稳定性，但是微分作用对噪声敏感，可能放大高频噪声。比例-积分-微分校正比例-积分-微分校正综合了比例、积分和微分三种校正方法的优点，通过合理设置三个参数Kp、Ti和Td的值，可以使系统获得更好的动态性能和稳态性能。实现方式在系统中同时引入比例、积分和微分环节，构成PID控制器。通过调整Kp、Ti和Td的值来满足系统性能指标的要求。优缺点比例-积分-微分校正可以使系统获得更好的动态性能和稳态性能，但是参数整定较复杂，需要一定的经验和技巧。原理非线性系统校正方法03通过描述函数将非线性环节近似为线性环节，从而简化系统分析。描述函数法在相平面上绘制系统状态轨迹，直观展示非线性系统的动态特性。相平面法通过谐波平衡方程求解非线性系统的稳态响应。谐波平衡法非线性特性分析反馈线性化通过引入适当的反馈，将非线性系统转化为线性系统，从而应用线性控制理论进行设计。前馈补偿在系统中引入前馈补偿环节，以抵消非线性环节的影响，提高系统性能。自适应控制采用自适应控制算法，根据系统状态实时调整控制器参数，以适应非线性系统的变化。非线性校正策略死区补偿针对具有死区特性的非线性系统，通过引入死区补偿环节，消除死区对系统性能的影响。饱和限制对于具有饱和特性的非线性系统，通过引入饱和限制环节，防止系统输出超出允许范围。继电反馈采用继电反馈方式，将非线性环节的输出作为反馈信号，通过调整继电器参数实现对系统的校正。典型非线性校正方法数字控制系统校正技术04数字控制系统的定义数字控制系统概述通过数字计算机实现的控制系统，具有高精度、高灵活性和易于实现复杂控制算法等优点。数字控制系统的组成包括被控对象、测量元件、数字控制器和执行机构等部分。离散性、采样保持、量化误差和零阶保持等。数字控制系统的特点稳定性原则提高系统的控制精度，减小稳态误差。准确性原则快速性原则适应性原则01020403使系统具有一定的自适应能力，以适应被控对象参数的变化。确保数字控制系统的稳定性，避免系统出现振荡或发散。加快系统的响应速度，提高系统的动态性能。数字控制器设计原则采样周期对稳定性的影响采样周期的选择会影响数字控制系统的稳定性，需要合理选择采样周期以确保系统稳定。控制算法对稳定性的影响不同的控制算法会对系统的稳定性产生不同影响，需要选择合适的控制算法以确保系统稳定。量化误差对稳定性的影响量化误差会降低系统的稳定性，需要采取相应措施减小量化误差对系统稳定性的影响。离散系统稳定性判据包括劳斯判据、朱利判据等，用于判断离散系统是否稳定。数字控制系统稳定性分析自动控制系统校正实例分析05系统描述温度控制系统广泛应用于工业生产、家庭生活等领域。系统通过测量温度并与设定值进行比较，通过控制器调节加热或冷却设备的功率，使温度保持在设定范围内。校正方法针对温度控制系统的非线性、时变性和滞后性等特点，可采用PID控制算法进行校正。通过调整比例系数、积分时间和微分时间等参数，优化控制性能，提高系统的稳定性和准确性。校正效果经过PID校正后，温度控制系统的响应速度加快，超调量减小，稳态误差降低，系统性能得到显著提升。实例一：温度控制系统设计与校正系统描述液位控制系统用于控制容器内液体的液位高度。系统通过测量液位高度并与设定值进行比较，通过控制器调节进液或排液阀门的开度，使液位保持在设定高度。校正方法针对液位控制系统的时滞、非线性和不确定性等特点，可采用模糊控制算法进行校正。通过设计合适的模糊控制器和隶属度函数，实现对液位的精确控制。校正效果经过模糊控制校正后，液位控制系统的动态性能和稳态性能均得到改善。系统能够快速响应液位变化，减小超调量和稳态误差，提高控制精度和稳定性。实例二：液位控制系统设计与校正实例三：电机速度控制系统设计与校正校正方法针对电机速度控制系统的非线性、参数时变和负载扰动等特点，可采用自适应控制算法进行校正。通过实时辨识系统参数并调整控制器参数，实现对电机速度的精确跟踪和控制。系统描述电机速度控制系统用于控制电机的转速。系统通过测量电机转速并与设定值进行比较，通过控制器调节电机的输入电压或电流，使电机转速保持在设定值附近。校正效果经过自适应控制校正后，电机速度控制系统的动态响应性能和抗干扰能力得到提高。系统能够快速适应电机参数变化和负载扰动，保持稳定的转速输出，提高控制精度和鲁棒性。自动控制系统校正实验与仿真0602030401实验目的与要求掌握自动控制系统校正的基本原理和方法；熟悉自动控制系统的性能指标及其评价方法；学会利用仿真软件对自动控制系统进行建模和仿真分析；培养解决实际工程问题的能力。实验内容与步骤设计一个典型的自动控制系统，并对其进行数学建模；对未校正的系统进行仿真分析，记录其性能指标；对校正后的系统进行仿真分析，记录其性能指标；利用仿真软件对系统进行建模，并设置合适的参数；设计合适的校正装置，并加入到系统中；比较校正前后系统