自控原理课件

自控原理课件稳态误差就是描述系统稳态性能得性能指标,由终值定理知稳态误差由频率特性得低频段决定。稳态性能分析典型输入作用下得稳态误差和误差系数表结论:在相同输入信号情况下,增大系统型别ν,可以改善系统得稳态性能。增大开环放大系数K,可以减少系统得稳态误差。低频段:L(w)在第一个转折频率之前得频段低频段得特性完全由积分环节得个数和开环放大倍数K决定。所以低频段给出了系统得型和静态误差系数,决定了系统得稳态性能。结论:开环对数幅频特性得低频渐近线斜率越大(指绝对值)、位置越高,对应得开环系统积分个数越多、放大倍数越大,其系统得稳态误差越小、稳态精度越高。准L(w)高频段⇔系统抗高频噪声能力5、6、3高频段特性与系统抗高频干扰能力得关系中频段:L(w)在开环截止频率wc附近得频段若L(w)得中频段斜率为-20dB/dec,并且占据得频率区间较宽,可认为中频段对应得开环传函为:则闭环传函:相当于一个一阶系统,阶跃响应曲线无超调,ts=3/wc。阶跃响应按照指数规律变化,系统得稳定性较高,wc越大,系统得快速性越好。5、6、2中频段特性与系统动态性能得关系若L(w)得中频段斜率为-40dB/dec,并且占据得频率区间较宽,可认为中频段对应得开环传函为:则闭环传函:相当于一个z=0二阶系统,对应得阶跃响应为等幅振荡得。实际系统即使稳定,一般超调量和调节时间都比较大,稳定性和快速性都比较差。

若L(w)得中频段斜率为-60dB/dec,中频段对应得传函得分母比分子高三阶,相角裕量必定小于0,系统不稳定。 在中频段,为了使系统具有较高得动态指标,中频段得斜率最好为-20dB/dec,且具有足够得频宽,这样,系统容易得到大于450相角裕量。同时,截止频率wc要满足系统快速性得要求。高频段:L(w)在中频段以后得频段:高频段远离开环截止频率,对系统得动态性能影响不大,高频段得形状主要影响系统得抗干扰性能。高频段开环幅频特性近似等于闭环幅频特性。A(w)在高频段得幅值,直接反映了系统对高频干扰信号得抑制能力。高频部分得幅值越低,系统得抗干扰能力就越强。高频段得斜率一般设置为-60或-80dB/dec。5、6、3高频段特性与系统抗高频干扰能力得关系稳态性能、动态性能、抗干扰性能分析:三频段法低频段决定了系统得稳态性能中频段决定了系统得动态性能高频段决定了系统得抗干扰性能大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静关于三频段理论得说明:①各频段分界线没有明确得划分标准;②与无线电学科中得“低”、“中”、“高”频概念不同;③不能用就是否以-20dB/dec过0dB线作为判定闭环系统就是否稳定得标准;④只适用于单位反馈得最小相角系统。性能分析—一个系统,结构参数已定,分析她可以实现得性能,这就是控制理论研究得系统分析问题;综合与校正—若预先给定受控对象所要实现得性能,然后设法构成能够实现给定性能得控制系统,这就是控制理论研究得综合与校正问题(逆问题)。根据被控对象及其技术指标要求设计自动控制系统。要保证所设计得系统有良好得性能,满足给定技术指标得要求。经典控制理论中系统校正得研究方法主要有频率法和根轨迹法,本章只讨论设计频率法。主要考虑得就是:如何使系统具有满意得动态性能——稳、准、快。5、7线性控制系统得校正性能指标典型时域性能指标

超调量:Mp调整时间:ts稳态误差:ess典型频域性能指标开环:剪切频率:ωc相角裕量:γ

幅值裕量:Kg闭环:谐振峰值Mr谐振频率ωr带宽频率ωbj01ωcωgGk(jω)|Gk(jωg)|∠Gk(jωc)-110t0.05或0.02超调量Mp调整时间串联校正G(s)为系统不可变部分传递函数Gc(s)为校正装置得传递函数

按照校正装置在系统中得安置位置,以及她和系统不可变部分得连接方式不同,通常将系统校正分为三种基本形式:串联校正、反馈校正(也称并联校正)和前馈校正。compensatorprocess反馈校正G(s)为系统不可变部分传递函数Gc(s)为校正装置得传递函数--前馈校正G1(s)、G2(s)以及H(s)

为系统不可变部分传递函数Gc(s)为校正装置得传递函数频域法校正在控制系统得频域校正法设计中,常用得方法有综合法和分析法两种。综合法又称期望特性法:根据性能指标要求确定出期望开环频率特性得形状,然后将期望特性与系统原有部分特性进行比较,从而确定校正方式和校正装置参数。校正装置得传递函数可能相当复杂,不便于物理实现。分析法又叫试探法。首先根据经验确定校正方式,选择一种校正装置,然后根据性能指标要求和系统原有部分得特性选择校正装置得参数,最后验算性能指标就是否满足要求。如果不能满足,则应改变校正装置参数或校正方式,直到校正后得系统全部满足给定得性能指标为止。分析法比较直观,物理上易于实现。要求设计者具有一定得实践经验,工程实践中被广泛采用。5、7、1校正装置及其特性本节介绍校正装置得电路形式、传递函数、对数频率特性以及零极点分布图。由于工程实践中普遍采用PID调节技术,因此本节还对PID调节器得原理进行简要介绍。一、无源校正装置1、无源超前网络19几何中点282、无源滞后网络Passive

phase-lagnetwork=()3、无源滞后-超前网络

｜←滞后→｜←超前→｜在低频范围内,输出相位滞后于输入相位;在高频范围内,输出相位超前于输入相位二、PID调节器1)PD调节器

PD调节器又称比例-微分调节器,其传递函数为Gc(s)=Kp+Kds

或

2)PI调节器PI调节器又称比例-积分调节器,其传递函数为PID调节器又称比例-积分-微分调节器,其传递函数为PI调节器、PD调节器以及PID调节器从实质上看和滞后网络校正、超前网络校正以及滞后-超前网络校正就是相同得。如果把上式所描述得PID调节器得输入E(s)和输出U(s)之间得关系用时域关系表示,则为PID调节器又称比例-积分-微分调节器,其传递函数为PID调节器又称比例-积分-微分调节器,其传递函数为5、7、2串联校正1串联超前校正Cascade

phase–leadpensation超前网络或PD调节器进行串联校正得基本原理就是利用相角超前特性。只要正确地将超前网络得转折频率1/aT和1/T选在未校正系统剪切频率得两边,并适当地选择参数a和T,就可以使已校正系统得剪切频率和相角裕度满足性能指标得要求,从而改善闭环系统得动态性能。频率响应法设计无源超前网络步骤:(1)根据系统稳态误差要求,确定开环增益K;(2)利用已确定得开环增益K,计算未校正系统得相角裕度ωc’;(3)根据校正后系统希望得剪切频率ωc”计算超前网络参数a和T;(4)验算已校正系统得相角裕度γ”

;(5)确定超前网络得元件值,并注意计算结果得标称化。

实质—利用超前网络相角超前特性提高系统得相角裕度选择超前网络得ωm=ωc

”,保证系统得响应速度。

ωm=ωc

”成立得条件就是未校正系统在ωc

”处得对数幅频值L0(ωc”)(负值)与超前网络在ωm处得对数幅频值Lc(ωm)(正值)之和为零:根据上式可确定参数a。有了ωm和a,可由下式求出:(3)根据校正后系统希望得剪切频率ωc”计算超前网络参数a和T(4)验算已校正系统得相角裕度由于超前网络得参数就是根据满足系统剪切频率要求选择得