西交大机械控制工程基础课件06系统性能分析与校正

第六章系统性能分析与校正

系统正常工作条件：系统稳定；满足规定的性能指标要求。如果系统不能全面地满足所要求的性能指标，则可考虑对原控制系统中增加一些必要的元件或环节，使系统能够全部地满足所要求的性能指标，即称为系统的综合与校正。

性能指标分为时域性能指标、频域性能指标和综合性能指标。时域指标瞬态指标稳态指标误差偏差§6-1系统性能指标一、时域性能指标xo(t)t012、稳态性能指标1、瞬态性能指标输入与干扰作用时的系统误差：Xi(s)+E(s)Xo(s)N(s)Xor(s)E1(s)G1(s)H(s)-++-+应用终值定理的前提是极限存在，本题不能应用终值定理。解二：线性定常系统，稳态输出信号与输入谐波信号同频率。二、频域性能指标wA(w)A(0)0.707A(0)0wMwrwb2、谐振频率wr5、相位裕度4、幅值裕度xo(t)t01误差积分性能指标误差平方积分性能指标广义误差平方积分性能指标综合指标控制系统的性能分析及如何满足要求：(1)已知系统的结构和参数，计算系统的性能指标；(2)在初步选择系统的结构与参数后，核算系统的性能指标是否达到要求，如果没有，则需要修改系统的参数及结构；(3)给定性能指标，设计满足此指标的系统。§6-2系统的校正一、概述K’K23w1w2ReIm1(-1,j0)[GH]图中曲线1是最小相位系统(p=0)的开环Nyquist轨迹，顺时针包围(-1,j0)点两圈，则闭环系统不稳定。或增加新的环节，使轨迹在某个频率范围w1~w2内，由曲线1变为曲线3，使闭环系统稳定。校正方案——确定所采用的校正环节的类型及其在系统中的位置。串联校正反馈校正顺馈校正——在前向通道中串联校正环节，如图示Gc(s)。——如图示Gc1(s)。Xi(s)+Xo(s)Gc(s)H(s)-G(s)串联校正Gc2(s)Xi(s)Xo(s)H(s)Gc1(s)反馈与顺馈校正二、校正的分类：——如图示Gc2(s)。一、相位超前校正：在原系统前向通道中串联具有正相移的校正元件。020dB/dec但其高频段有+20dB/dec斜率，将增大噪声。CR1R2Xo(s)Xi(s)0+20§6-3串联校正0-40-80-20-80-60-20A）使wg增大，改善系统稳定性。B）使wb增大，加大系统带宽，而wb与时域性能指标

tr、ts成反比，因而可提高响应速度。C）由于存在正相移，可能使r变大，提高系统相对稳定性。相位超前校正作用：二、相位滞后校正：在原系统前向通道中串联具有负相移的校正元件。0-20dB/decR2R1CUi(s)Uo(s)0-200-60-20-60-40-20A）使wc减小，保证了系统的稳定性。但同时使wb

减小，系统的响应速度将降低。B）相位滞后校正不是利用相角滞后以使系统稳定，而是使得大于1/T的频段增益下降而相位变化小来提高系统稳定性。相位滞后校正作用：三、相位滞后-超前校正：C1R1R2Xo(s)Xi(s)C2滞后传函超前传函0+20-20有源校正环节：比例单元（P）、积分单元（I）、微分单元（D）。可组合成PD（比例微分环节）、PI（比例积分环节）、PID（比例积分微分环节）§6-4PID校正1、PD校正环节020dB/decuoR2uiC-AR12、PI校正环节0-20dB/decuoR2uiC-AR13、PID校正环节0-20dB/dec+20dB/decuiC1R1uoR2C2-A§6-5反馈校正1、改变系统参数。Xi(s)Xo(s)-A-Xi(s)Xo(s)2、校正局部结构。Xo(s)Xi(s)G1G2+-GC+-§6-6