自动控制原理与系统__课件第五章自动控制系统的校正.ppt

第五章控制系统的校正与设计自动控制系统的主要任务就是实现对被控对象的控制。
系统的执行元件、比较元件、放大元件和测量元件等，除放大元件的放大系数可作适当调整以外，其它元件的参数基本上是固定不变的，称为系统的固有部分。
根据被控对象的工作条件、技术要求、工艺要求、经济性要求以及可靠性要求等提出控制系统的性能指标。当控制系统的性能指标不能满足实际工程所提出的要求时,为了使控制系统满足性能指标，就必须在系统固有部分的基础之上增加一些装置和元件,称之为校正装置或校正元件。

加入校正装置或校正元件改善系统性能，并满足系统性能指标要求的方法，称为系统校正。校正：已知系统固有结构、参数和所要求的性能指标2、反馈校正3．复合校正三、校正装置2、有源校正装置第二节串联校正传递函数例5-1设图5-7所示系统的开环传递函数为图5—8由图可见，增加比例微分校正装置后：2.比例积分校正（相位滞后校正）例5-2设图5-11所示系统的固有开环传递函数为解：原系统的Bode图如图5-12中曲线I所示。特性曲线低频段的斜率为0dB，显然是有差系统。穿越频率ωc=9.5dB，相位裕量γ=88o。
采用PI调节器校正，其传递函数图5-12第三节反馈校正二、反馈校正的作用图5－13对系统的积分环节G2(s)=K/s进行局部反馈对系统的积分环节G2(s)=K/s进行局部反馈对系统的惯性环节G2(s)=K/(Ts+1)进行局部反馈对系统的惯性环节G2(s)=K/(Ts+1)进行局部反馈当G2(s)GC(s)》1时，第四节复合校正二、按扰动补偿的复合校正要实现全补偿是很困难的，但可以实现近似的全补偿，能够大幅度地减小扰动误差，显著地改善系统的动态和稳态性能。因此按扰动补偿的复合校正在要求较高的控制场合得到广泛应用。5.5典型系统自动控制理论已经证明，0型系统稳态精度低，而Ⅲ型和高于Ⅲ型的系统很难稳定。
因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多选用I型和II型系统。5.5.1典型I型系统开环对数频率特性典型的I型系统结构简单，其对数幅频特性的中频段以–20dB/dec的斜率穿越0dB线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的，且有足够的稳定裕量，即选择参数满足K与截止频率c的关系2.开环放大系数和动态性能指标的关系典型I型系统的闭环传递函数为K、T与标准形式中的参数的换算关系二阶系统的性质
当<1时，系统动态响应是欠阻尼的振荡特性；
当1时，系统动态响应是过阻尼的单调特性；
当=1时，系统动态响应是临界阻尼。
由于过阻尼特性动态响应较慢，所以一般常把系统设计成欠阻尼状态，即
0<<1由于在典型I系统中KT<1，得>0.5。因此在典型I型系统中应取

欠阻尼二阶系统在零初始条件下的阶跃响应动态指标计算公式超调量典型I型系统不同K值下的性能指标5.5.2典型Ⅱ型系统由于分母中s2项对应的相频特性是–180°，为了把相频特性抬到–180°线以上，以保证系统稳定，应选择参数满足1/T1＜ωc＜1/T2。2.典型Ⅱ型系统参数和动态性能指标的关系为分析问题方便引入新变量h，令设ω=1处在-40dB/dec特性段，由图可以看出用最大相位裕量求得的参数为5.5.3两种系统比较
典型I型系统和典型Ⅱ型系统除了在稳态误差上的区别以外，在动态性能中，
典型I型系统可以做到超调量小，但抗扰性能稍差，
典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。
这是设计时选择典型系统的重要依据。设计自动控制系统的一般方法：

1）从调查研究、分析设计任务开始，根据系统提出的动、静态性能指标，以及经济性、可靠性要求，确定初步设计方案、选择元部件，拟定整个系统的电路原理图。

2）根据自动控制系统的结构、各单元间的相互关系和参数，确定系统固有部分的数学模型。

3）对系统固有部分进行相应的线性化处理和简化处理，从而得到系统固有部分的开环频率特性。4）根据性能指标确定系统的预期开环频率特性。所谓预期开环频率特性就是满足系统性能指标的典型系统的开环对数幅频特性。

5）工程上，为便于设计通常以系统固有部分的开环频率特性为基础，将系统校正成典型系统。其方法是：将系统的预期开环频率特性与固有部分的开环频率特性进行比较，得到校正装置的开环频率特性，并以此确定校正装置的结构与参数。这种校正方法称为预期频率特性校正法。

6）通过实验或调试使系统全面达到性能指标的要求。系统固有部分开环频率特性的确定：
系统固有部分开环频率特性的确定应根据系统的组成结构、各单元间的相互关系，建立系统的数学模型。

实际系统的固有部分往往是比较复杂的，将它们校正成典型系统后，会使校正装置的形式变得相当复杂，难以实现。因此，在校正前需对系统的固有部分进行适当的简化处理，包括对系统非线性元件进行合理的线性化处理和在