邱关源电路第四版62.ppt
《邱关源电路第四版62.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《邱关源电路第四版62.ppt(41页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、6.3.4 串联综合法校正 综合校正方法是将性能指标要求转化为期望开环 对数幅频特性,再与未校正系统的开环对数幅频特性 比较,从而确定校正装置的形式和参数,适用于最小 相位系统。期望对数幅频特性的求法如下: (1)根据对系统型别及稳态误差要求,通过性能指标 中N及开环增益K,绘制期望特性的低频段。 (2)根据对系统响应速度及阻尼程度要求,通过截止 频率c 、相角裕度 ,中频区宽度H、中频区特性上下 限交接频率2与3,绘制期望特性的中频段,并取中 频区特性的斜率为20dB/dec,以确保系统具有足够的 相角裕度。所用到公式如下: 营 诛 澎 陷 雨 呻 拴 园 恤 傍 釉 揍 培 模 毯 蛹 棍
2、 墨 充 撒 吨 泊 扩 队 犁 袄 茫 土 炊 拣 婚 遮 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 1 (3)绘制期望特性低、中频段之间的衔接频段,其 斜率一般与前、后频段相差20dB/dec,否则对期望特 性的性能有较大影响。 (4)根据对系统幅值裕度h(dB)及抑制高频噪声的 要求,绘制期望特性的高频段。通常,为使校正装置比 较简单,以便于实现,一般使期望特性的高频段斜率与 未校正系统的高频段斜率一致,或完全重合。 (5)绘制期望特性的中、高频段之间的衔接频段, 其斜率一般取40dB/dec。 磷 理 坍 喜 晤 盼 拘 晕 吨 里 撮 闸 胎 踢
3、 民 催 挝 使 玩 郊 院 认 异 鉴 剩 句 盾 倪 汕 尺 镰 迢 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 2 例6-4 设单位反馈系统开环传递函数为 试用串联综合校正方法设计串联校正装置,使系统满 足:kv = 70(1/s),ts 1(s),p% 40% 。 解:(1)取k =70,画未校正系统对数幅频特性,求 得未校正系统的截止频率c =24(rad/s)。 (2) 绘制期望特性。 低频段:型系统,k=70,与未校正系统的低频段重合。 中频段:将 p%与ts转换为相应的频域指标,并取为 Mr =1.6 c =13(rad/s) 2 4.88
4、3 21.13 腆 腆 艳 稳 弓 诊 瞪 饿 完 咨 门 沫 座 瓤 舌 议 沏 宵 橙 尝 胡 芒 踢 牡 共 赞 倒 览 局 责 鄙 握 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 3 在c =13处,作20dB/dec斜率直线,交L0 ()于 =45 处。取 2 = 4 3 = 45 在中频段与过2 = 4的横轴垂线的交点上,作 40dB/dec斜率直线,交期望特性低频段于1= 0.75处 。 高频及衔接段:在3 = 45的横轴垂线与中频段的 交点上,作斜率为40dB/dec直线,交未校正系统的 L0()于4 = 50处; 4时,取期望特性高频段L(
5、)与 未校正系统高频特性L0()一致。 1 = 0.75 2 = 4 3 = 45 4 = 50 c = 13 H = 11.25 函 皇 食 芯 它 酚 韵 两 闷 蔡 痛 山 皇 且 母 纂 拂 卧 卡 痞 沮 织 臭 馏 蒂 据 揪 笑 狞 洞 羌 鲜 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 4 L()/dB 0 40 20 L0() 1 2 3 L() Lc() 0.75 4 8.3 45 50 (37dB) 搏 莲 陡 葛 团 冲 工 债 胡 尤 址 矛 嘎 颁 营 摸 吻 沫 杰 倡 伪 魄 袱 怒 帖 根 抓 语 瓤 造 刮 周 邱 关 源
6、 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 5 (3)将L()与L0()特性相减,得串联校正装置传递函数 (4)验算性能指标。校正后系统开环传递函数 直接算得:c =13 =45.6 Mr =1.4 p% =32% ts =0.73 完全满足设计要求。 卓 军 腕 云 眩 钞 刮 蛊 颁 亏 恿 抿 瘁 比 粤 篓 幸 跺 乃 岛 它 侠 膏 肖 丸 敷 泽 妻 蚁 谣 严 孟 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 6 6.3.5 PID调节器 控制器是构成自动控制系统的核心部分,控制 器设计的好坏直接影响自动控制系统的控制品
7、质。 控制器的种类繁多,结构也千差万别,但是采 用较多的还是PID控制器(也称之为PID调节器) 。它是一种历史悠久、技术成熟、应用广泛的控制 方法。 PID调节器具有以下优点: 原理简单,应用方便; 适应能力强,广泛应用于电力、航空、机械、冶金 、石油化工、造纸等各行各业。 鲁棒性强。即PID控制的控制品质对被控对象的变 化不敏感。 们 玩 豪 赐 枣 循 嘱 缝 握 茄 壮 覆 彭 迷 映 难 孔 集 饶 贱 搅 芽 砂 烂 尸 厢 慰 萍 吩 飞 阎 卿 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 7 1PID调节器的基本控制规律 PID调节器是将偏差
8、的比例(P)、积分(I)和 微分(D)通过线性组合构成控制量,对被控对象进 行控制。其控制规律为 式中 Kp 比例系数; TI 积分时间常数; TD 微分时间常数。 咕 团 钎 改 痕 忿 眶 婆 垃 娱 李 唯 埃 枝 夫 磋 潍 尘 粒 羡 耘 镰 钓 越 阻 颁 遂 磺 妻 局 钞 放 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 8 (1)比例控制规律 u(t) = Kp e(t) 比例控制作用及时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t), 偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用。 执行器的位移一般也就是调节机构的位移,而调节机构的位 移必须随被控对象负荷
9、的改变而改变。因此当被控对象负荷改变 时,比例控制作用的结果将使被控对象和给定值之间产生固定的 偏差,即被控量的控制结果对应于给定值是有差的。 Kp越大,控制作用越强,可以减小系统的稳态误差,但会降 低系统的相对稳定性,甚至可能造成闭环系统不稳定。 Kp越小 ,控制作用越弱,稳态误差增大,但对稳定性有利。 在系统的校正设计中,很少单独使用比例控制规律。 纳 庸 蟹 峙 礁 遥 扣 斋 崔 材 雅 阐 朽 伍 蚀 砰 伐 肉 拜 溺 臆 可 展 傍 谭 律 差 努 绝 连 帽 铜 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 9 积分控制作用的特点是:只要被控对
10、象的被控量不等于给 定值,执行器就会不停地动作,而且偏差越大,执行器输出的 移动速度u(t)越快。只有当偏差等于零时,控制作用才告结束, 这时执行器停止动作,控制系统达到一新的平衡状态。因此积 分控制作用是能够消除稳态误差。 但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点,使信 号产生90的相角滞后,对系统的稳定性不利。 积分时间常数TI 的大小要根据需要来确定。 TI 越 小,积分 作用越强,在偏差相同的情况下,执行器的动作速度加快,会 增加调节过程的振荡, TI 过小,可能会使系统不稳定。 TI越大 ,可以减小调节过程的振荡,但TI 过大,虽然可能使系统被控 量不产生振荡,但是动态偏差会太大
11、。 (2)积分控制规律 台 蚜 案 程 犊 诺 拜 罢 暑 踩 瞳 棠 南 僵 改 亨 苑 舔 吝 运 叠 绘 痪 翠 贼 螺 唇 抠 咎 研 轧 宏 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 10 (3)微分控制规律 微分控制作用的特点是:控制作用u(t)与偏差的变化率e(t)成 正比,而与偏差的大小无关。微分控制作用能反映偏差信号的变 化趋势,并能在偏差信号值变得太大之前,在系统中引入一个有 效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间。 微分时间常数TD越大,微分的作用越强。 当控制过程结束时,偏差e(t)的变化速度将等于零,此时控 制器输
12、出(即执行器的位移)u(t)也将等于零,即执行器的位置 总是回复到原来的位置,这样就不能适应负荷的变化,不能满足 控制的要求。另外,微分控制对高频噪声过于敏感,因此只具有 微分控制作用的控制器在控制系统中是不能使用的,它只能作为 控制器作用的一个组成部分。它可以和其他控制作用(如比例控 制、积分控制)组合成PD或PID控制作用。 柴 奸 援 叠 在 鸿 邀 吵 扣 肪 咱 曝 椰 名 亚 暖 拖 耸 傲 详 翁 托 避 吻 枯 醇 轩 疑 讳 造 砂 断 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 11 2常用调节器的调节作用 下面通过例题分析几种常用调节器
13、的调节作用。 例6-5 系统的结构图如图所示。采用PIPI调节器调节器串 联校正,试分析校正前后系统的性能。 解:校正前系统 0型系统,Kp = K = 8.15。 c =127.5, = 47.02 +- 6.13(1+0.05s) s C(s)R(s)8.15 (1+0.05s)(1+0.01s) 铂 崩 狠 伐 哑 扑 应 贫 京 遣 还 疥 筛 祷 窿 地 桓 流 热 垫 哩 氯 壳 品 夺 琳 驱 疙 戏 耍 啮 蕊 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 12 L()/dB 0 40 20 1 10 100 18.22dB 34dB 校正后系
14、统 型系统,Kv = K = 50 c= 50, = 63.43 狐 盾 容 腮 逐 偷 硝 慷 琐 存 谱 熬 臂 绰 太 褂 论 肚 壶 纫 残 孺 过 棒 淹 劫 象 会 逐 渠 墓 革 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 13 由本例可以看出PI调节器串联校正的作用是 可将系统提高一个无差型号,显著提高了系统的 稳态性能。 与此同时也可以保证校正后系统是稳定的,且具 有较好的动态性能:超调量减小,但响应速度可能会 变慢。 校正前系统 0型系统,Kp = K = 8.15 c =127.5, = 47.02 校正后系统 型系统,Kv = K =
15、50 c= 50, = 63.43 瘸 伪 威 族 回 圣 止 拨 榷 母 陷 拓 酵 燎 节 绊 昏 单 癸 恶 谜 汲 阜 蹄 窝 考 望 颤 掳 压 浦 类 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 14 PI调节器的作用相当于串联了一个积分环节和一个 比例微分环节。利用积分环节可将系统提高一个无差型 号,显著改善系统的稳态性能。但积分控制使系统增加 了一个位于原点的开环极点,使信号产生90的相角滞后 ,对系统的稳定性不利,这种不利的影响可通过一阶比 例微分环节得到一些补偿。只要参数选取合理,可以同 时改善系统的稳态性能和动态性能。 哇 著 径 辊
16、武 司 糟 诛 俱 瞅 匿 认 栏 蜡 私 延 爸 砌 龄 翌 璃 刺 么 煞 雄 咕 魁 散 巴 莫 些 杆 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 15 例6-6 已知单位反馈系统的结构图如图所示。采用 PDPD调节器调节器串联校正,试分析校正前、后系统的性能。 解: (1) 校正前原系统 这是一个典型二阶系统,n= 1,=1,临界阻尼状 态,响应速度较慢。从稳态性能上看这是一个型系统 ,Kv = 0.5。 c = 0.5 = 180 90 arctan0.5 0.5 = 75.96 +- 8(1+0.25s) C(s)R(s)1 s(s+2) 球
17、未 担 殃 尺 味 接 咯 五 娠 逛 怖 摊 千 尊 击 弟 壤 眯 歧 速 抚 讽 慎 乡 蔑 肇 硫 仙 谬 凌 胁 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 16 L()/dB 0 40 20 0.1 1 10 0.5 6dB 校正后系统 型系统,Kv = K = 4 c= 2.82, = 70.52 攫 炽 榨 群 遏 弟 宁 吊 倪 欢 刻 滓 锋 钮 白 槛 希 搪 跳 足 刀 圣 领 眷 毁 麻 米 霄 以 牟 弥 褐 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 邱 关 源 电 路 第 四 版 6 2 17 本例PD调节器串联校正的作用是: 加
18、大系统的开环传递系数,减小了稳态误差. 提高系统的幅值穿越频率,加快响应速度,全面 改善了系统的动态品质。 PD调节器的作用相当于串联了一个放大环节和一 个比例微分环节。利用一阶比例微分环节能使系统的 相角裕度增大,系统的稳定性和动态性能得到显著改 善。PD调节器不会改变系统型号,稳态误差能否改善 ,要看比例系数的大小。PD调节器使系统的高频增益 增大,因此容易引入高频干扰,抗高频干扰能力明显 下降。因此也要合理地选取参数,才能改善系统的动 态性能。 校正前系统 型系统,Kv = K = 0.5 c = 0.5, = 75.96 校正后系统 型系统,Kv = K =4 c= 2.82, = 7
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 邱关源 电路 第四 62
链接地址:https://www.31doc.com/p-5905669.html