系统性能分析与校正.ppt

1、第六章,系统性能分析与校正,系统的三个性能：稳定、快速性、准确性,到目前为止，已经学习稳、快、准的判断方法，且定量的判定。,稳定性：routh，bode图判据,快速性：阶跃响应，,Bode图,准确性：闭环方框图计算，或者bode图计 算,计算稳定性、快速性、准确性参数,是否满足许用,向系统中增加新环节，使新系统指标,6.1 系统的性能指标 6.2 系统校正 6.3 串联校正 6.4 PID校正,6.1 系统的性能指标,常用的时域（阶跃响应、斜坡响应）指标有：,最大超调量： 调整时间： 峰值时间 上升时间,频域指标,6.2 系统校正,主要讲基于频率法的校正方法，其主要内容为：,（1）三频段特征：

2、 低频段闭环的稳态性能 中频段闭环的动态性能 高频段闭环抵抗高频干扰的能力,（2）频率法对系统的校正就是要改变bode图的频率特性的形状，使校正后的频率特性具有合适的低频、中频和高频特性，以及合适的稳定裕量。,三频段理论,三频段理论,三频段理论,低频段：低频增益要足够大，以保证稳态精度的要求。,中频段：对数幅频特性曲线应以 的斜率穿越零分贝线，并具有一定的宽度，保证足够的相位裕度和幅值裕度，使系统具有良好的动态性能。,高频段：高频增益应尽可能小，以便减小系统噪声影响。,6.3 串联校正,指在原传递方框图的前向通道中，串联校正环节。,校正环节,相位超前校正,由于 ，超前环节产生了 倍的增益衰减。

3、为了不影响系统稳态精度，就必须将系统中放大器倍数提高,校正装置传递函数常写成,新系统开环函数,新系统的bode图，由原系统的bode图与校正装置的bode图叠加而成。,只要适当选择校正装置传递函数,就可以新系统的bode图具有满意的,相位超前,例,单位反馈，开环函数,相位裕度,增益裕度,解：,图解法，计算A点的坐标,超前校正环节对系统性能的影响,剪切频率右移，响应速度加快,高频幅值衰减减小，抗高频干扰能力下降,相位裕度增加，稳定性提高,相位滞后校正,确定,，即确定,零点转角频率,极点转角频率,相位滞后-超前校正,滞后-超前校正,滞后,超前,极点转角频率,零点转角频率,分析：对系统的影响,相位滞

4、后校正,相位超前校正,最大相位滞后角和最大相位超前角相等，为,可以证明，校正环节的幅相曲线为过（1，j0)点，圆心在 点，半径为 的圆。,最大相位滞后角和最大相位超前角相等，为,可以明显看出，该曲线为滞后环节与超前环节曲线叠加的结果。,由于,当,时,可见,滞后超前校正对系统性能的影响,系统中串入滞后-超前环节，主要是利用相位超前作用改善系统的相对稳定性，降低超调量，提高相位裕度。比起滞后校正，它的带宽不是十分减小。另外又利用滞后的高频衰减性质使滞后-超前环节在高频处增益为0dB。比起超前校正来，提高系统抗输入端高频干扰的能力。在实际使用时，为减小相位滞后对分析计算带来的影响，往往取,甚至更小。

5、,6.4 PID校正,按照校正装置的相位特性划分为超前、滞后校正。若按照校正装置输入、输出信号之间的数学模型来划分，可以有P（比例）、I(积分）、D(微分）、PD（比例-微分）、PI（比例-积分）、PID（比例-积分-微分）校正。,我们探索的思路出了问题，再看,THE END,THANK YOU,单位反馈，开环函数,相位裕度,增益裕度,作业,分别用相位超前、相位滞后和相位滞后超前校正装置校正系统。,转角频率由小到大分别为 5，10,K=5，20lgK=14dB,四个数据,关键：确定,需补偿角：,也即需要校正装置产生这个 角度值。,思考：,校正装置在哪个频率处产生这个角度，计算起来比较方便呢？,

6、那么，这是否意味着，把校正装置的 ，放在原系统 处，原系统的 值，就可以达到设计 的要求？,情况果真如此吗？,找到原系统幅值为-6.19dB的频率,幅值,例,单位反馈，开环函数,相位裕度,增益裕度,解：（一）选取,串入滞后环节,同前例一样原因，取,那么，由,解之，得,取,得,又,欲使 的确成为新的穿越频率，应使,故滞后环节为,系统总开环,验算,满足设计要求,上述几例看出，超前、滞后校正，都可以是系统的 下降， 值上升。但是超前、滞后校正的作用不同；超前校正是利用相位超前作用，滞后校正却是利用幅值的高频衰减作用，因而确定这两个校正环节的步骤也不同。,超前校正步骤,由,再由,验算,滞后校正步骤,以

7、便使 点的确成为新的穿越频率,得到,验算,对于开环对数相频曲线在穿越频率 附近变化剧烈的系统（相位超前作用与穿越频率右移产生的相位滞后几乎相抵消，超前校正效果不明显）和输入信号中有严重高频干扰的系统均采用滞后校正。,例，已知单位反馈系统的开环传递函数为,要求,解,串入滞后-超前环节,例3,解：,设经校正后，新的穿越频率为,则,式中,为校正环节在 处的幅角,式中，,又,式中修正量b为穿越频率点左移而产生的相位裕度的补偿值。当相频曲线斜率较大时，量b值也大。故,当原系统曲线在穿越频率 处斜率变化不大时，有,本例,由,得,故校正环节当 时,欲使 成为穿越频率 ，则有,即,得,从而,故校正环节为,验算,从汇总表可以看出： （1）超前、滞后、滞后-超前校正均可以改善系统的