控制系统的校正方法.ppt

第6章控制系统的综合与校正6.1系统的设计与校正问题校正问题：
系统的基本组成部分（被控对象、测量元件、功率放大元件、执行元件等），按照反馈控制原理可联成基本控制系统。但往往难以满足性能要求，需要在系统原有结构上加入新的附加环节，作为同时改善系统稳态性能和动态性能的手段。
系统的校正（设计）：在不改变系统基本部件的前提下，选择合适的校正装置，确定参数、满足各项性能要求。
性能指标是用于衡量系统具体性能（平稳性、快速性、准确性）的参数，主要分为稳态性能指标与动态性能指标两大类。分为三类，常用的性能指标主要有：
1）时域指标：最大超调量σ%（反映平稳性）、调节时间ts（反映快速性）。
2）频域指标：
（1）开环频域指标：
稳定性指标：相角裕度、幅值裕度h、中频段宽度；
快速性指标：幅值穿越频率c。
（2）闭环频域指标：b
3）复域指标：
常用闭环系统的主导极点所允许的最小阻尼比ζ（反映平稳性）与最小无阻尼自然振荡频率n（反映快速性）衡量。一.控制系统的性能指标一.控制系统的性能指标跟校正的目标
使系统中、低频段满足要求，高频段可通过其它途径改善。a)增加低频增益b)改善中频段斜率c)兼有两种补偿则：校正后
G(s)=G0(s)Gc(s)三.常用的校正方式前馈校正：四.基本控制规律1.时域方程：m（t）=Kpe（t）
2.传递函数：Gc(s)=Kp相当于一个可调的比例放大器
作用：
Kp↑，ess↓，稳态精度↑
但Kp过大，导致系统的相对稳定性↓→不稳定二、微分控制（D调节器）
具有微分控制作用的控制器称为微分控制器,其传递函数为
Gc(s)=ds
输入偏差与输出控制信号的关系为三、比例微分控制（PD控制器）说明比例微分控制器预见到偏差在减小，将产生一个适当大小的控制信号，在振荡相对较小的情况下将系统输出调整到期望值。
因此，利用微分控制反映信号的变化率（即变化趋势）的“预报”作用，在偏差信号变化前给出校正信号，防止系统过大地偏离期望值和出现剧烈振荡的倾向，有效地增强系统的相对稳定性，而比例部分则保证了在偏差恒定时的控制作用。
可见，比例—微分控制同时具有比例控制和微分控制的优点，可以根据偏差的实际大小与变化趋势给出恰当的控制作用。
PD调节器主要用于在基本不影响系统稳态精度的前提下提高系统的相对稳定性，改善系统的动态性能。四、积分控制（I调节器）

具有积分作用的控制器称为积分控制器,其传递函数为五、比例积分控制（PI）六、比例、积分、微分控制（PID）比例—积分—微分控制器相当于提供了一个积分环节与两个一阶微分环节，积分环节改善稳态性能，两个一阶微分环节大大改善动态性能。
全面改善系统性能，常采用比例—积分—微分控制器。6.2常用校正装置及其特性如果对无源超前网络传递函数的衰减由放大器增益所补偿，则

称为超前校正装置的传递函数无源超前校正装置的对数频率特性：由三角公式：α值越大，则超前网络的微分效应越强。无源校正缺点PI6.3串联校正校正装置传函及Bode图：可见，只与α有关，且α越大，φm越大，即超前作用越强。在实际使用中为同时抑制干扰以及工程的可实现性，通常取。校正作用说明：超前校正装置的设计根据稳态误差要求,确定开环增益K例1设控制系统如下图所示。解40计算超前网络参数，并确定已校正系统的开环传函40选择无源超前网络的元件值例240(3)为获得γ≥50°的相角裕量，校正装置应提供超前相角40通过超前校正分析可知：由以上分析可知，串联超前校正一般用于系统稳态性能已满足要求，但动态性能较差的系统。
1相位滞后校正装置及其特性

一般来说,当一个反馈控制系统的动态性能已经满足时,若单纯提高放大系数去提高其稳态精度,则会导致幅值穿越频率右移，影响动态性能。为了既改善稳态性能又不致影响其动态性能，对系统的开环对数频率特性来说,就要求在低频段抬高，以提高其放大系数,而中频段则基本不上升，以使幅值穿越频率保持原值，原相位基本不变，此时就可以采用滞后校正。2、串联滞后校正装置对被校正系统性能的影响2串联滞后校正装置的分析法设计
一般步骤4.确定滞后网络的b值
在波德图上确定未校正系统在’’c处的对数幅值

由此可以查表或直接计算求出的b值。例控制系统如下：40w’’c值可在2.3－2.7范围内任取，不妨取2.7（5）验算40比较校正前后系统的性能，有
1）滞后校正装置的负斜率段压缩了系统的开环对数幅频特性的中频段，使穿越频率由-40dB/dec变为-20dB/dec，系统的幅值穿越频率c由3.16rad/s左移到0.5rad/s，利用系统本身的相频特性使系统稳定，并具有35.7°的相角裕度。
2）不影响系统的低频段，不改变系统的稳态精度。
3）高频段对数幅值下降，抗干扰性能有所提高
总的来说，系统串联滞后校正装置后，在保