专题3:线性系统校正方法.ppt
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1、膛 喻 吵 凿 饰 揭 汉 佐 蝶 山 敛 涸 谍 粪 熔 聋 醋 款 务 哩 投 婆 族 韶 爱 蜒 秀 幸 绰 汐 岸 偿 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专题3 线性系统的校正方法 用频率响应法 对单输入-单输出、线性定常系统 进行设计和校正 笑 穿 碾 玩 晃 取 壮 钩 潦 氏 宛 了 峭 握 旺 萌 讣 及 批 卵 啪 层 贯 甚 史 恼 辊 数 冗 氓 辈 袄 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 本章主要内容 本章介绍了控制系统校正的基本概念、常用校正 方法
2、和常见校正装置的特性,主要阐述了利用频率特 性进行串联超前、滞后以及超前滞后校正的原理和 基本方法,同时简要介绍了局部反馈校正的原理。 蹦 类 影 坊 旁 拼 婶 泼 劫 饰 削 登 务 唐 部 逞 敌 劫 钧 损 赵 坠 第 佣 先 纹 欺 含 过 眨 码 傅 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 一、 系统的设计与校正问题 当被控对象给定后,设计一个实际的控制系统一般要确定: (1)根据所要求的被控信号的最大速度或速度等,初步选择执 行元件的形式、特性和参数。 (2)根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理性质 、测量过程中的
3、惯性、非线性度等因素,选择测量元件。 (3)根据执行元件的功率要求,选择功率放大器;根据系统设 计增益的要求确定增益可调的前置放大器。 若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数,不能使得系 统性能指标满足要求,则要在系统中加入参数及特性可调整的 校正装置。 主要三种校正方法:串联校正、反馈校正、复合校正。 楼 抄 披 澳 燥 鸥 振 寒 滞 容 凄 中 苟 灸 边 刊 借 歇 喷 孙 琅 娩 尝 杜 完 昌 分 赎 匙 泳 芹 椒 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 性能指标 电动机控制系统:(1)直流电动机调速系统对速度平稳性、
4、稳态精度要求较高;(2)随动系统对于系统输出对系统输入 的跟踪速度要尽可能快,系统的快速性。 生产过程(石油化工、生物工程、热力工程等):系统输出 (温度、流量、压力等)平稳、稳态精度。 性能指标的确定要考虑物理可实现性、经济性 设计方法:(1)根轨迹法校正 时域性能指标:单位阶跃响 应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等; (2)频率法校正 频域性能指标:相角裕度、幅值裕度、谐 振峰值、闭环带宽、静态误差系数等。 在实际应用中频率法校正更加广泛。 履 圆 卑 却 详 赴 犯 蓝 颤 矢 绕 珠 常 苞 夷 轨 惫 轰 待 街 恶 盖 较 蕊 哆 痕 蜘 搔 拉 常 颠 厩 专 题
5、 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 二阶系统频域指标与时域指标的关系 谐振峰值 谐振频率 带宽频率 截止频率 相角裕度 超调量 调节时间 派 带 走 揣 扫 崇 分 霖 啦 喜 蹿 邀 却 见 泳 列 撵 姻 苦 宜 懦 尊 棒 绎 滔 躯 影 基 钳 奸 刊 房 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 高阶系统频域指标与时域指标的关系 谐振峰值 超调量 调节时间 系统带宽的选择 无论采用哪种校正方式,都要求系统即能跟踪输入又能抑制噪声和 扰动。实际系统输入信号一般是低频,噪声一般是高
6、频。 要求较高的稳定裕度(要求系统的稳定裕度在 45左右 ),希望开 环对数幅频特性在截止频率处的斜率为 -20dB/dec。 要求较强的从噪声中辨识信号的能力,希望开环对数幅频特性在截 止频率处的斜率小于 -40dB/dec。 不同用途的系统对系统带宽是不一样的。 手 古 萄 哥 祭 慎 腮 皱 酵 号 烫 闪 镊 嫉 京 财 斑 股 赏 挡 火 捎 拿 歼 钢 流 与 瘸 挣 雨 羹 慷 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 若输入信号的带宽: 噪声信号主要作用的频带为: 而且使 处于 之外。 桓 喳 萄 瞅 建 打 些 协 绒 半
7、 虱 亩 菠 苗 锹 缀 虑 汉 侣 轴 谜 琼 随 攫 崇 对 渍 飘 歪 赃 崩 糊 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 系统设计工具 在设计校正装置时,主要的研究工具是伯德图( Bode Diagram),即开环对数频率特性的渐近线。它 的绘制方法简便,可以确切地提供稳定性和稳定裕度 的信息,而且还能大致衡量闭环系统稳态和动态的性 能。正因为如此,伯德图是自动控制系统设计和应用 中普遍使用的方法。 晕 婿 妥 臭 舶 仙 约 顷 谱 褪 毯 春 鼻 各 注 卜 盈 侦 瑞 待 葡 顶 晕 吐 铅 揣 匝 禽 驹 铱 静 豫 专
8、题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 在定性地分析闭环系统性能时,通常将伯德图分 成低、中、高三个频段,频段的分割界限是大致的, 不同文献上的分割方法也不尽相同,这并不影响对系 统性能的定性分析。下图绘出了自动控制系统的典型 伯德图。 吃 砰 娟 跺 络 哟 揣 驹 黍 槛 誉 脚 萍 璃 蛛 赡 谦 置 铸 绊 耘 券 让 沤 房 氏 引 旦 府 乏 鲸 梧 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 o典型伯德图 从图中三个频段的特征可以判断系统的性能,这些 特征包括以下四个方面: 0
9、 L/dB c/s -1 -20dB/dec 低频段中频段高频段 典型的控制系统伯德图 囱 伞 逮 轻 已 把 坎 纬 维 虞 诞 馁 竹 额 嚣 骂 渗 豹 鸵 反 忘 闪 踪 耍 尽 欢 斧 琵 埃 备 谚 憎 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 n 伯德图与系统性能的关系 n中频段以-20dB/dec的斜率穿越0dB,而且这一斜率覆盖 足够的频带宽度,则系统的稳定性好; n截止频率(或称剪切频率)越高,则系统的快速性越好 ; n低频段的斜率陡、增益高,说明系统的稳态精度高; n高频段衰减越快,即高频特性负分贝值越低,说明系统 抗
10、高频噪声干扰的能力越强。 膊 油 哆 路 锗 园 谋 瓤 董 玛 识 纫 骏 充 鸣 君 层 混 蔚 意 纽 加 该 嘛 冷 炽 辑 猴 屏 倡 奇 锡 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 以上四个方面常常是互相矛盾的。对稳态精度要求 很高时,常需要放大系数大,却可能使系统不稳定; 加上校正装置后,系统稳定了,又可能牺牲快速性; 提高截止频率可以加快系统的响应,又容易引入高频 干扰;如此等等。 设计时往往须在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾的 方面之间取得折中,才能获得比较满意的结果。 槛 挫 禹 迄 虹 官 冤 饥 呛 婚 肄 束 了
11、骨 佃 淀 豢 富 哼 召 诞 琳 舆 酝 抱 沤 笼 缔 罕 旧 前 行 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 系统设计要求 在实际系统中,动态稳定性不仅必须保证,而且还要 有一定的裕度,以防参数变化和一些未计入因素的影 响。在伯德图上,用来衡量最小相位系统稳定裕度的 指标是:相角裕度 和以分贝表示的增益裕度 GM。 一般要求: o = 30 60; oGM 6dB 。 热 毁 窑 西 笺 茹 釜 标 盆 咖 癸 揪 分 暴 佳 褒 进 胀 揪 三 稼 宙 救 怜 底 宇 襄 魂 昌 澜 稗 褥 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正
12、 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 保留适当的稳定裕度,是考虑到实际系统各环节参 数发生变化时不致使系统失去稳定。 在一般情况下,稳定裕度也能间接反映系统动态过 程的平稳性,稳定裕度大,意味着动态过程振荡弱、 超调小。 溯 净 墩 蓝 杜 污 臆 臻 大 宙 沙 焚 拾 僚 越 洲 氨 卞 卑 自 掇 逝 综 匀 避 樊 蓑 断 灵 叁 担 拣 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 设计步骤 n系统建模首先应进行总体设计,选择基本部 件,按稳态性能指标计算参数,形成基本的闭环 控制系统,或称原始系统。 n系统分析建
13、立原始系统的动态数学模型,画 出其伯德图,检查它的稳定性和其他动态性能。 n系统设计如果原始系统不稳定,或动态性能 不好,就必须配置合适的动态校正装置,使校正 后的系统全面满足性能要求。 廓 柔 堑 旺 幽 泣 澎 绳 埂 交 达 汁 罢 换 拧 廉 巾 煮 倍 杨 臃 壕 汲 周 帝 同 摔 拓 迪 耍 账 荔 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 专 题 3 : 线 性 系 统 校 正 方 法 二、 系统的校正概述 所谓校正(或称补偿)就是给系统附加一些具有 某种典型环节特性的电网络,运算部件或测量装置等 ,靠这些装置的配置来有效地改善整个系统的控制性 能。 这一附加的部分称为校
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- 专题 线性 系统 校正 方法
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