自动控制系统的校正.ppt

第6章自动控制系统的校正（改善系统性能的途径）引言——自动控制系统校正的概念我们把这种有目的地、通过给自动控制系统增添一些装置和元件，人为地改变系统结构和性能，从而使之满足所要求的性能指标的方法称为系统校正（或系统补偿SystemCompensation）。
增添的装置和元件统称为校正装置和校正元件（Compensation）。所以自动控制系统进行校正过程实际上就是对校正装置或较正元件的参数进行设计过程。6.1校正装置无源校正装置有源校正装置6.2串联校正例：图为一随动系统框图，图中为随动系统的原有装置（环节）。其开环传递函数为：若要求：①在单位斜坡信号作用下系统无误
②系统校正后，相位稳定裕量
③开环系统的穿越频率
④对校正装置进行设计由于原系统是Ⅰ型系统，所以有：其相位稳定裕量：故当取输入信号为单位速度信号时，即：具有比例校正的系统框图设KC=0.5，则系统开环增益减少，开环频率特性形状不变而总体下移。利用MATLAB对系统进行动态仿真后的结果②增益降低为原来的1/2(KC=0.5)，则此随动系统的的速度跟随误差将增加一倍，系统的稳态精度变差。
综上所述：降低开环增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。当然，若增加增益，系统性能变化与上述相反。
调节系统的开环增益，在系统的相对稳定性和稳态精度之间作某种折衷的选择，以满足(或兼顾)实际系统的要求，是最常用的调整方法之一。6.2.2比例-微分(PD)校正（相位超前校正)下面，我们仍以前面随动系统的例子来说明PD校正对系统性能的影响。
具有PD校正环节的系统框图如图所示：其对数频率特性曲线(伯德图)如图所示。其相位稳定裕量：利用MATLAB对系统进行动态仿真后的结果②由此可见,当PD校正中的Kc=1时(不起作用时),单纯的微分环节不会对系统的特性有任何影响。增设PD校正装置后：①比例微分环节具有的相位超前作用，可以抵消惯性环节使相位滞后所带来的不良后果，使系统的稳定性显著改善。②比例微分校正对系统的稳态误差不产生直接的影响(产生影响的是比例-微分环节中的比例系数)。③比例微分调节器使系统的高频增益增大，而很多干扰信号都是高频信号，因此比例微分校正容易引入高频干扰，这是它的缺点。
综上所述，比例微分校正将使系统的稳定性和快速性改善，但抗高频干扰能力明显下降。由于PD校正使系统的相位前移，所以又称它为相位超前校正。6.2.3比例-积分(PI)校正(相位滞后校正)设Kc=0.2(为避开增益改变对系统性能的影响)，同样为简化起见，这里的微分时间常数取Tc=T1=0.2s，这样，系统的开环传递函数变为:穿越频率：由以上分析可见，PI校正可使系统稳态性能改善，实现系统对单位斜坡信号无静差，但稳定性变差。增设PI校正装置后：①在低频段，系统的稳态误差将显著减小，从而改善了系统的稳态性能。②在中频段，相位稳定裕量减小，系统的超调量将增加，降低了系统的稳定性。在本系统中，系统则呈现为不稳定。③在高频段，校正前后的影响不大。
综上所述，比例积分校正将使系统的稳态性能得到明显的改善，但使系统的稳定性变差。由于PI校正使系统的相位后移，所以又称它为相位滞后校正。6.2.4比例-积分-微分(PID)校正(相位滞后-超前校正)设Kc=0.2(为避开增益改变对系统性能的影响)，同样为简化起见，这里的微分时间常数取TC1=T1=0.2s，TC2=T2=0.5s这样，系统的开环传递函数变为:穿越频率：利用虚拟实验对系统进行动态仿真后的结果利用MATLAB对系统进行动态仿真后的结果调节器设计增设PID校正装置后：①在低频段，改善了系统的稳态性能。使对输入等速信号由有静差变为无静差)。②在中频段由于PID调节器微分部分的作用，(进行相位超前校正)，使系统的相位裕量增加，这意味着超调量减小，振荡次数减少，从而〖HTH〗改善了系统的动态性能(相对稳定性和快速性均有改善)。③在高频段，会降低系统的抗高频干扰的能力。
综上所述，比例积分微分(PID)校正兼顾了系统稳态性能和动态性能的改善，由于PID校正使系统在低频段相位后移，而在中、高频段相位前移，因此又称它为相位滞后—超前校正。6.3反馈校正通常反馈校正又可分为硬反馈和软反馈。在自动控制系统中，有时还将某一输出量（如转速）经电容Ｃ再反馈到输入端，如图6-15所示。校正
方式校正
方式若反馈校正回路的增益，则【例６-５】图6-16a为具有位置负反馈和转速负反馈的随动系统的系统框图。试分析增设转速负反馈(反馈校正)对系统性能的影响。解：①若系统未设转速负反馈环节，由图6-16a可见，系统的开环传递函数为：此时系统的阶跃响应曲线如图6-17的曲线Ⅰ所示。②当系统增设转速负反馈环节后，系统的结构图可简化成图6-16b。对照图a和图b不难发现，系统仍为