六章控制系统的校正.ppt

第六章 控制系统的校正,6.1 系统校正设计基础 6.2 串联校正 6.3 串联校正的理论设计方法 6.4 反馈校正,基本要求, 正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后-超前三种校正的特性及对系统的影响。 熟练掌握运用(低、中、高)三频段概念对系统校正前、后性能进行定性分析、比较的方法。 熟练掌握串联校正(串联超前、串联滞后)的频率域设计步骤和方法。 正确理解反馈校正的特点和作用。能通过传递函数分解为典型环节的方法，比较说明加入反馈局部校正的作用。,61 系统校正设计基础,一、常用频域指标:,幅值裕度: h,峰值 :,峰值频率:,带宽:,相角裕度:,截止频率:,二、几种校正方式,62 串联校正,一、串联超前校正,校正作用的主要特点是提供正的相移，故称相位超前校正,相位超前校正装置的传递函数,超前角的最大值为,这一最大值发生在对数频率特性曲线的几何中心处，对应的角频率为,例,从以上的例子可以看出超前校正，可以用在既要提高快速性，又要改善振荡性的情况。,无源微分网络,串联滞后校正,滞后校正传递函数为,例,单位负反馈系统原有的开环Bode图如图上中曲线所示。 曲线 可以看作是根据稳态精度的要求，所确定的开环放大系数而绘制。,系统动态响应的平稳性很差或不稳定，对照相频曲线可知，系统接近于临界情况。,结论：,由于校正环节的相位滞后主要发生在低频段，故对中频段的相频特性曲线几乎无影响。 因此校正的作用是利用了网络的高频衰减特性，减小系统的截止频率，从而使稳定裕度增大，保证了稳定性和振荡性的改善， 因此可以认为，滞后校正是以牺牲快速性来换取稳定性和改善振荡性的。,例,设单位负反馈系统未校正时的对数频率特性如图上中曲线所示，校正网络对应的幅频特性如图中曲线所示。,由图可见，并未改变低频段的斜率与高度，这说明稳态精度并未由于滞后校正而直接改善。 通过提供了通过增加开环放大系数，提高低频区幅频特性高度的可能性。,滞后网络的实现及其传递函数,滞后超前校正,为了全面提高系统的动态品质，使稳态精度、快速性和振荡性均有所改善，可同时采用滞后与超前的校正，并配合增益的合理调整。 鉴于超前校正的转折频率应选在系统中频段，而滞后校正的转折频率应选在系统的低频段，因此可知滞后超前串联校正的传递函数的一般形式应为,滞后-超前校正无源网络的实现,前式中前一部分为相位超前校正，后一部分为相位滞后校正。对应的波特图如图6-13所示。由图看出不同频段内呈现的滞后、超前作用。,波特图,滞后-超前校正网络对应的波特图,PID校正器,1.PD校正器 又称比例-微分校正，其传递函数,作用相当于超前校正。,2 PI校正器,PI校正器又称比例-积分校正，其传递函数,比例积分微分校正，其传递函数,其作用相应于滞后超前校正。,3 PID校正器,结论：,校正装置参数的合理选择和系统开环增益的配合调整是非常重要的。 例如，若将超前校正环节的参数设置在系统的低频区，就起不到提高稳定裕度的作用。同理若将滞后校正环节的参数设置在中频区，会使系统振荡性增加甚至使系统不稳定。,63 串联校正的设计方法,一、串联校正的频率域方法 频率域设计的基础是开环对数频率特性曲线与闭环系统品质的关系。 在应用时首先需要把对闭环系统提出的性能指标，通过转换关系式，近似地用开环频域指标来表示。,例,给定系统结构图如下图所示。,设计 和 K， 使得系统在 r(t)=t作用下稳态误差0.01 相稳定裕度 ,截止频率,解:,选取相位超前校正,K=100.,令,校正后开环传函,校正后相稳定裕度为,符合要求,系统的串联超前校正,反馈校正,显然，引进H(s)的作用是希望 的特性使整个闭环系统的品质得到改善。,反馈校正的几种作用,利用反馈改变局部结构、参数 利用反馈削弱非线性因素的影响 反馈可提高对模型扰动的不灵敏性 利用反馈可以抑制干扰,一、利用反馈改变局部结构、参数,用位置反馈包围积分环节。,使系统的无差度下降，相位滞后减少。,用速度反馈包围惯性、积分和放大环节。,可以增加系统的带宽，有利于快速性的提高。,速度反馈包围小阻尼二阶环节和放大环节。,加入速度反馈，增加了阻尼，减弱了小阻尼环节的不利影响。,速度反馈信号再经过一个微分网络,可以保持增益不变，无差度不变；同时提高稳定裕度、抑制噪声、增宽频带。,二、利用反馈削弱非线性因素的影响,最典型的例子是高增益的运算放大器。,若满足,由,若反馈元件的线性度比较好，特性比较稳定，那么反馈结构的线性度也好，特性也比较稳定，正向回路中非线性因素、元件参数不稳定等不利因素均可以削弱。,三、反馈可提高对模型扰动的不灵敏性,扰动是由于模型参数变化或某些不确定因素引起的。 采取反馈校正比串联校正对模型的扰动更为不敏感。,串联校正与反馈校正,四、利用反馈抑制干扰,利用反馈抑制干扰,串联校正频率域法思路,