線性系統(tǒng)的校正.ppt

,第六章 線性系統(tǒng)的校正,第一節(jié) 線性系統(tǒng)校正的概念,第二節(jié) 線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律,第三節(jié) 常用校正裝置及特點(diǎn),第四節(jié) 校正裝置設(shè)計(jì)的方法和依據(jù),第五節(jié) 串聯(lián)校正的設(shè)計(jì),第六節(jié) 反饋校正的設(shè)計(jì),第七節(jié) 反饋和前饋復(fù)合控制,第八節(jié) MATLAB在線性系統(tǒng)校正中的應(yīng)用,第一節(jié) 線性系統(tǒng)校正的概念,控制系統(tǒng),不可變部分,執(zhí)行機(jī)構(gòu) 功率放大器 檢測(cè)裝置,可變部分,放大器、校正裝置,迫使系統(tǒng)滿足給定的性能,(設(shè)計(jì)系統(tǒng)),一、控制系統(tǒng)的組成,根據(jù)被控對(duì)象及其控制要求，選擇適當(dāng)?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)律設(shè)計(jì)一個(gè)滿足給定性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)。,校正(補(bǔ)償)：通過(guò)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)中增加附加裝置或元件對(duì)已有的系統(tǒng)（固有部分）進(jìn)行再設(shè)計(jì)使之滿足性能要求。,控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本質(zhì)上是尋找合適的校正裝置,(校正裝置),二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù),三、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),穩(wěn)態(tài)精度 穩(wěn)態(tài)誤差ess,相對(duì)穩(wěn)定性 增益裕量Kg、相位裕量(c),擾動(dòng)的抑制 帶寬b,四、校正方式,串聯(lián)校正,并聯(lián)校正（反饋校正）,復(fù)合（前饋、順饋）校正,校正方式選擇需要考慮的因素 系統(tǒng)中信號(hào)的性質(zhì)；技術(shù)方便程度；可供選擇的元 件；其它性能要求（抗干擾性、環(huán)境適應(yīng)性等）； 經(jīng)濟(jì)性,串聯(lián)校正的特點(diǎn) 設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種必要的變換， 但需注意負(fù)載效應(yīng)的影響。 反饋校正的特點(diǎn) 可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響， 元件數(shù)也往往較少。 同時(shí)采用串、并聯(lián)校正 性能指標(biāo)要求較高的系統(tǒng)。,第二節(jié) 線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律,PID (Proportional Integral Derivative )控制：對(duì)偏差信號(hào)e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律。,比例控制（P）,Proportional,微分控制（D）,積分控制（I）,Integral,Derivative,線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律,P、PI、PD 或PID 控制,適用于數(shù)學(xué)模型已知及大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確 定的控制系統(tǒng)或過(guò)程。,PID 控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活,一、比例控制（P）,比例控制器實(shí)質(zhì)是一種增益可調(diào)的放大器,對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反。,Kp1,開(kāi)環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減??；幅值穿越頻率增大，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間縮短；系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差。 原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用比例控制。,Kp1,微分控制具有預(yù)測(cè)特性。 Td 就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的時(shí)間間隔。,微分控制不可能預(yù)測(cè)任何尚未發(fā)生的作用。,二、比例微分（PD）控制,轉(zhuǎn)折頻率1=Kp/Td,預(yù)先作用抑制階躍響應(yīng)的超調(diào) 縮短調(diào)節(jié)時(shí)間 抗高頻干擾能力,相位裕量增加，穩(wěn)定 性提高；,c增大，快速性提高,Kp1時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn) 態(tài)性能沒(méi)有變化。,高頻段增益上升，可 能導(dǎo)致執(zhí)行元件輸出 飽和，并且降低了系 統(tǒng)抗干擾的能力；,微分控制僅僅在系統(tǒng)的瞬態(tài)過(guò)程中起作用，一般不單獨(dú)使用。,PD控制通過(guò)引入微分作用改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,三、比例積分（PI）控制,調(diào)節(jié)Ti 影響積分控制作用； 調(diào)節(jié)Kp既影響控制作用的比例部分，又影響積分部分。,由于存在積分控制，PI控制器具有記憶功能。,轉(zhuǎn)折頻率1=1/（KpTi）,一個(gè)積分環(huán)節(jié) 提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度 一個(gè)開(kāi)環(huán)零點(diǎn)彌補(bǔ)積分環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響,Kp1,系統(tǒng)型次 提 高，穩(wěn)態(tài)性 能改善。,相位裕量減 小，穩(wěn)定程 度變差。,Kp 1,系統(tǒng)型次提高， 穩(wěn)態(tài)性能改善；,系統(tǒng)從不穩(wěn)定變 為穩(wěn)定；,c減小，快速性 變差。,通過(guò)引入積分控制作用以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 通過(guò)比例控制作用來(lái)調(diào)節(jié)積分作用所導(dǎo)致相角滯后對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性所帶來(lái)的不利影響。,由于 ，導(dǎo)致引入PI控制器后，系統(tǒng)的相位滯后增加，因此，若要通過(guò)PI控制器改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須有Kp 1，以降低系統(tǒng)的幅值穿越頻率。,四、PID控制,一個(gè)零極點(diǎn) 提高穩(wěn)態(tài)精度 兩個(gè)負(fù)實(shí)部零點(diǎn) 提高動(dòng)態(tài)性能,Kp1,在低頻段，PID控制器通過(guò)積分控制作用,改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；,在中頻段，PID控制器通過(guò)微分控制作用,有效地提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。,近似有：,通常PID 控制器中 i Td ）,第三節(jié) 常用校正裝置及特點(diǎn),校正裝置,無(wú)源校正裝置,有源校正裝置,無(wú)相移校正裝置,相位超前校正裝置,相位滯后校正裝置,相位滯后超前校正裝置,無(wú)相移校正裝置,相位超前校正裝置,相位滯后校正裝置,相位滯后超前校正裝置,一、無(wú)源校正裝置與有源校正裝置的特點(diǎn),無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容元件 優(yōu)點(diǎn)：校正元件的特性比較穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：由于輸出阻抗較高而輸入阻抗較低，需要另 加放大器并進(jìn)行隔離; 沒(méi)有放大增益，只有衰減。,有源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容電路+線性集成運(yùn)算放大器 優(yōu)點(diǎn)：帶有放大器，增益可調(diào)，使用方便靈活。 缺點(diǎn)：特性容易漂移。,二、無(wú)相移校正裝置（比例控制）,1、傳遞函數(shù),2、實(shí)現(xiàn)形式,無(wú)源網(wǎng)絡(luò),放大器,3、Bode圖,三、相位超前校正裝置（PD校正）,1、傳遞函數(shù),2、實(shí)現(xiàn)形式,采用阻容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PD校正裝置時(shí)的取值 1）受超前校正裝置物理結(jié)構(gòu)的限制； 2） 太大，通過(guò)校正裝置的信號(hào)幅值衰減太嚴(yán)重。,近似地實(shí)現(xiàn)PD控制,實(shí)用微分校正電路,一般取 20,幾點(diǎn)說(shuō)明：,整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益下降 倍。為滿足穩(wěn)態(tài)精度的要 求，必須提高放大器的增益予以補(bǔ)償。,近似PD校正裝置在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都產(chǎn)生相位超前。 相位超前校正。,串聯(lián)校正時(shí),3、Bode圖, m =20時(shí)， m65,高通濾波特性， 值過(guò)大對(duì)抑制系統(tǒng)高頻噪聲不利。,相位超前 系統(tǒng)帶寬 動(dòng)態(tài)性能 噪聲,為保持較高的系統(tǒng)信噪比，通常選擇10(此時(shí)m=55)。,最大超前角,使中頻段斜率減小,在1/T 和/T間引入相位超前,三、相位滯后校正裝置（PI校正）,1、傳遞函數(shù),2、實(shí)現(xiàn)形式,3、Bode圖,開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的中高頻部分增益交界頻率 穩(wěn)定裕量,串聯(lián)校正時(shí),開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的低頻部分穩(wěn)態(tài)精度,越大，相位滯后越嚴(yán)重。 應(yīng)盡量使產(chǎn)生最大滯后相角的頻率m遠(yuǎn)離校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻率c，否則會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生不利影響。常取,對(duì)于穩(wěn)定的系統(tǒng) 提高穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度，1/T 和1/T 向左遠(yuǎn)離c，使c附 近的相位不受滯后環(huán)節(jié)的影響。,對(duì)于不穩(wěn)定的系統(tǒng) 增益降低使得c減小。,滯后校正裝置實(shí)質(zhì)上是 一個(gè)低通濾波器，它對(duì)低 頻信號(hào)基本上無(wú)衰減作用,但能削弱高頻噪聲， 越大，抑制噪聲能力越強(qiáng)。通常選 = 10左右。,四、相位滯后超前校正裝置（PID校正）,1、傳遞函數(shù),2、實(shí)現(xiàn)形式,滯后-超前校正,PID校正,滯后-超前校正,前半段是相位滯后部分,由于具有使增益衰減的作用，所以允許在低頻段提高增益，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 后半段是相位超前部分,可以提高系統(tǒng)的相位裕量,加大幅值穿越頻率，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。,3、Bode圖,第四節(jié) 校正裝置設(shè)計(jì)的方法和依據(jù),一、設(shè)計(jì)方法,控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵：根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求確定控制器的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)之。,1、根軌跡設(shè)計(jì)方法,系統(tǒng)性能指標(biāo),閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)位置,系統(tǒng)參數(shù)根軌跡,加入校正裝置,主要問(wèn)題： 1、設(shè)計(jì)何種控制規(guī)律 2、過(guò)程復(fù)雜,2、頻率特性設(shè)計(jì)方法,系統(tǒng)性能指標(biāo),期望的頻率特性,系統(tǒng)固有部分頻率特性,加入校正裝置,系統(tǒng)固有部分傳遞函數(shù),優(yōu)點(diǎn)： 1、開(kāi)環(huán)頻率特性圖容易繪制簡(jiǎn)便 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與系統(tǒng)性能關(guān)系清晰直觀,二、設(shè)計(jì)依據(jù)和一般步驟,（1）繪制固有部分的開(kāi)環(huán)伯德圖,（2）列出控制系統(tǒng)需要滿足的性能指標(biāo),（3）校正后的開(kāi)環(huán)伯德圖（期望開(kāi)環(huán)頻率特性）,（4）求出校正裝置的伯德圖,（5）求出校正裝置的傳遞函數(shù),（6）確定校正裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù),三、頻域性能指標(biāo)的確定,1、控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo),(1)以系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo) 上升時(shí)間tr、超調(diào)量Mp、調(diào)節(jié)時(shí)間ts,(2)以系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo) 諧振峰值Mr、諧振頻率r、帶寬b,(3)以系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo),系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖的剪切頻率c 系統(tǒng)的增益裕度Gm、相角裕度(c),三組性能指標(biāo)不是各自獨(dú)立,可以混合使用,但不能互相矛盾!,2、控制系統(tǒng)的帶寬頻率的確定,重要性：對(duì)系統(tǒng)性能有重要影響，受很多因素影響,（1）信號(hào)復(fù)現(xiàn)能力和噪聲干擾,確定方法：,有用信號(hào)帶寬,干擾信號(hào)帶寬,需注意問(wèn)題：s和n靠得比較近難以確定,（2）機(jī)械諧振頻率的限制,考慮的主要問(wèn)題：盡可能無(wú)失真地復(fù)現(xiàn)有用信號(hào)，減少干擾。,考慮的主要問(wèn)題：避免激起機(jī)械振蕩，甚至共振。,確定方法：,需注意問(wèn)題：b和m靠得比較近會(huì)降低相對(duì)穩(wěn)定性 開(kāi)環(huán)伯德圖的剪切頻率c和m距離盡可能遠(yuǎn)些,（3）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,將系統(tǒng)固有部分的數(shù)學(xué)模型在一定條件下予以簡(jiǎn)化，用較為簡(jiǎn)單的低階數(shù)學(xué)模型去近似和代替原系統(tǒng)模型。,要求：選定的C應(yīng)在近似的數(shù)學(xué)模型的適用帶寬內(nèi)。,幾種常見(jiàn)的近似和適用條件,四、頻率特性設(shè)計(jì)方法,頻率特性圖可以清楚表明系統(tǒng)改變性能指標(biāo)的方向。,頻域設(shè)計(jì)通常通過(guò)Bode圖進(jìn)行處理起來(lái)十分簡(jiǎn)單。 （當(dāng)采用串聯(lián)校正時(shí)，使得校正后系統(tǒng)的Bode圖即 為原有系統(tǒng)Bode圖和校正裝置的Bode圖直接相加）,對(duì)于某些數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)起來(lái)比較困難的元件，如液壓和氣動(dòng)元件，通?？梢酝ㄟ^(guò)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得其Bode圖。,在涉及到高頻噪聲時(shí)，頻域法設(shè)計(jì)比其他方法更為 方便。,低頻段 (第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率1之前的頻段)穩(wěn)態(tài)性能 中頻段 (1 10c) 動(dòng)態(tài)性能 高頻段 (10c 以后的頻段) 抗干擾,三頻段,低頻段,穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù),0型系統(tǒng) KpK； Kv Ka0,I型系統(tǒng) Kp；Kv1 ；Ka0,II型系統(tǒng) Kp；Kv；Ka= 22,中頻段反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性,中頻段,最小相位系統(tǒng)的相位裕量,中頻段的斜率,高頻段的斜率,中頻段的帶寬,低頻段斜率,60dB/dec 肯定不穩(wěn)定； 40dB/dec 可能穩(wěn)定，但穩(wěn)定裕量較??； 20dB/dec 一般穩(wěn)定，且穩(wěn)定裕量大。,例外：頻帶太窄時(shí)，c g ，也不穩(wěn)定。,中頻段斜率變化對(duì) 的影響, =180,=0, =90,低、中、高頻段斜率相同,低頻段斜率變化對(duì) 的影響,、低頻段0dB/dec 中頻段20dB/dec, =90,、低頻段-20dB/dec 中頻段20dB/dec,低頻段有更大的斜率將導(dǎo)致相位裕量減?。ㄔ瓉?lái)為90）。 影響的大小與c/1有關(guān)，1離c越遠(yuǎn)，影響越小。,、低頻段-40dB/dec 中頻段20dB/dec,結(jié)論：低頻段斜率越大對(duì)相位裕量影響越大。,、低頻段-60dB/dec 中頻段20dB/dec, =90,高頻段斜率變化對(duì) 的影響,、中頻段-20dB/dec 高頻段20dB/dec,高頻段有更大的斜率同樣導(dǎo)致相位裕量減小。, 2離c越遠(yuǎn)，影響越小。,、中頻段-20dB/dec 高頻段40dB/dec,結(jié)論：高頻段斜率越大對(duì)相位裕量影響也越大。,、中頻段-20dB/dec 高頻段60dB/dec,中頻帶寬度對(duì) 的影響,1、2離c越遠(yuǎn)，即h= 2/1越大，相位裕量 越大。,相位裕量最大時(shí),一個(gè)設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)的三頻段,中頻段的斜率以20dB為宜；,低頻段和高頻段可以有更大的斜率 低頻段斜率大，提高穩(wěn)態(tài)性能； 高頻段斜率大，排除干擾。 但中頻段必須有足夠的帶寬，以保證系的相位裕 量，帶寬越大，相位裕量越大。, c的大小取決于系統(tǒng)的快速性要求。 c大快速性好，但抗擾能力下降。,五、期望的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性（期望特性）,根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)而確定的滿足系統(tǒng)品質(zhì)要求的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。,期望特性： Lds(),1、確定低頻段,低頻段 ：,放大環(huán)節(jié) 積分環(huán)節(jié),穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)無(wú)差度,2、中頻段,（1）按給定的時(shí)域頻性能指標(biāo)交界頻率c （2）過(guò)c點(diǎn)作-20dB/dec的直線 （3）確定中頻漸近線的長(zhǎng)度， 或起點(diǎn)2和終點(diǎn)3,2和3分別成為c前后的轉(zhuǎn)折頻率,I型或II型系統(tǒng),、高頻段,系統(tǒng)固有特性Ls()的高頻部分,相同斜率、便于實(shí)現(xiàn)！,、期望頻率特性畫(huà)法舉例,設(shè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為,要求的性能指標(biāo)為,解：,(1)低頻段的繪制,I型系統(tǒng),低頻段斜率:20dB/dec,A點(diǎn):(=1, 20lgK=20lg200=46dB),（2）中頻段的繪制,過(guò) 作斜率為20dB/dec的直線,取,取,與高頻段相交,過(guò) 作斜率為 40dB/dec直線,（5）中高頻段的聯(lián)接,系統(tǒng)固有特性 的高頻段,（3）繪制高頻段,60dB/dec,（6）驗(yàn)算性能特性指標(biāo),校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù),剪切頻率,相角裕度,中頻帶寬度,六、校正裝置的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,、什么是實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,傳遞函數(shù),實(shí)際電路或物理系統(tǒng),、實(shí)現(xiàn)問(wèn)題需要考慮的因素,技術(shù)因素（實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)便性、可靠性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性、體積大小、功耗等）,經(jīng)濟(jì)因素（實(shí)現(xiàn)成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本）,、實(shí)現(xiàn)問(wèn)題存在的困難,微分校正裝置難以實(shí)現(xiàn)，且抗干擾能力差,七、非線性因素和干擾問(wèn)題,第五節(jié) 串聯(lián)校正的設(shè)計(jì),一、串聯(lián)相位超前校正,c 相頻超前,系統(tǒng)帶寬 穩(wěn)定裕度,設(shè)計(jì)串聯(lián)相位超前校正裝置的步驟：,1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益,2、繪制在確定K值下的開(kāi)環(huán)佰德圖，計(jì)算其相角裕度0,3、由要求的相角裕度，計(jì)算所需的超前相角,4、計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù),5、確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率,未校正系統(tǒng)伯德圖曲線上增益為,對(duì)應(yīng)頻率,6、確定校正裝置的交接頻率,7、畫(huà)出校正后的伯德圖，驗(yàn)算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求,8、驗(yàn)算其它性能指標(biāo)，不滿足要求重新設(shè)計(jì),串聯(lián)相位超前校正設(shè)計(jì)舉例,設(shè)一具有單位反饋的控制系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為,要求設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)具有靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv等于20s1，相位裕度不小于50。,9、寫(xiě)出校正裝置的傳遞函數(shù),10、提出實(shí)現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù),（1）根據(jù)誤差等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K,解：,（2）畫(huà)出伯德圖，計(jì)算未校正系統(tǒng)GO（j )的相位裕量,（3）由要求的相角裕度，計(jì)算所需的超前相角,（4）計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù),（5）確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率,（6）確定超前網(wǎng)絡(luò)的 轉(zhuǎn)角頻率1、2,（7）畫(huà)出校正后的伯德圖，驗(yàn) 算相角穩(wěn)定裕度,（8）驗(yàn)算其它性能指標(biāo),（9）寫(xiě)出校正裝置的傳遞函數(shù),（10）提出實(shí)現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù),F,（k）,（k）,增益裕量：+分貝 相位裕量：50 增益交界頻率：6.3/s9/s 閉環(huán)諧振頻率：6/s7/s 諧振峰值:31.29,滿足穩(wěn)態(tài)要求 帶寬增加、響應(yīng)加快,校正系統(tǒng)的性能分析,1.系統(tǒng)穩(wěn)定 2.穩(wěn)態(tài)誤差滿意 3.瞬態(tài)響應(yīng)不滿意,串聯(lián)超前校正適應(yīng)的系統(tǒng),不適應(yīng)的系統(tǒng),1.要求提供的相角裕度太大 2.未校正系統(tǒng)相角在剪切頻率急劇減小,二、串聯(lián)相位滯后校正,串聯(lián)相位滯后裝置的作用,1、提高系統(tǒng)低頻響應(yīng)的增益，減少穩(wěn)態(tài)誤差。,2、使系統(tǒng)高頻響應(yīng)的增益衰減，提高系統(tǒng)的相角裕度，改善暫態(tài)性能。,設(shè)計(jì)串聯(lián)相位滯后校正裝置的步驟：,1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益,2、繪制在確定K值下的開(kāi)環(huán)佰德圖，計(jì)算其相角裕度0,3、求出伯德圖上的相角裕度為2=+，對(duì)應(yīng)頻率,4、計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù),5、確定滯后校網(wǎng)絡(luò)的交接頻率,6、畫(huà)出校正后的伯德圖，驗(yàn)算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求,7、驗(yàn)算其它性能指標(biāo)，不滿足要求重新設(shè)計(jì),8、寫(xiě)出校正裝置的傳遞函數(shù),9、提出實(shí)現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù),串聯(lián)相位超前校正設(shè)計(jì)舉例,設(shè)一具有單位反饋的控制系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為,要求設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正裝置，使系統(tǒng)滿足下列性能指標(biāo)：,解：,（1）根據(jù)給定的穩(wěn)定誤差或誤差系數(shù),確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益,（2）確定未校正系統(tǒng)的相角穩(wěn)定裕量,2、c附近的Gs(j) 的相角減小很快,滯后校正,1、須增加的相位裕度量較大,3、未提出頻寬要求,分析：,（3）選擇新的c,（5）選擇校正網(wǎng)絡(luò)的交接頻率,（4）計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù),(6) 畫(huà)出校正后伯德圖,驗(yàn)算相角裕度是否滿足要求,（7）驗(yàn)算其它性能指標(biāo),（8）寫(xiě)出校正裝置的傳遞函數(shù),（9）提出實(shí)現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù),（k）,（k）,F,三、串聯(lián)相位滯后超前校正,超前校正頻帶增寬,動(dòng)態(tài)品質(zhì)改善,穩(wěn)態(tài)性能改善小 滯后校正帶寬降低、響應(yīng)減慢,穩(wěn)態(tài)特性改善,超前部分：相位超前并在c點(diǎn)上增大了相位裕量 滯后部分：在低頻段上增加增益,滯后超前校正,串聯(lián)相位滯后超前校正設(shè)計(jì)舉例,(1）根據(jù)給定的穩(wěn)態(tài)誤差或誤差系數(shù)， 確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益,（2）確定未校正系統(tǒng)的相位裕量和增益裕量,系統(tǒng)穩(wěn)定 穩(wěn)態(tài)性能不滿意 瞬態(tài)性能不滿意,滯后超前校正,（3）超前校正環(huán)節(jié),附加一放大倍數(shù)為的放大器,（4）滯后校正環(huán)節(jié),超前校正,附加放大器,在處滯后校正引起的滯后足夠小,校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù),校正后開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù),（5）確定校正裝置參數(shù),F,F,k,k,k,k,第六節(jié) 反饋校正的設(shè)計(jì),消除不希望的 G2(s)的特性!,串聯(lián)校正比反饋校正簡(jiǎn)單，但串聯(lián)校正對(duì)系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性有較高的要求。 反饋校正對(duì)系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性要求較低，因?yàn)槠錅p弱了元件特性變化對(duì)整個(gè)系統(tǒng)特性的影響。 反饋校正常需由一些昂貴而龐大的部件所構(gòu)成，對(duì)某些系統(tǒng)可能難以應(yīng)用。,反饋校正與串聯(lián)校正的比較,！反饋校正可以起到與串聯(lián)校正同樣的作用， 且具有較好的抗噪能力。,反饋校正的綜合,注意,由于|G2(j)Hc(j)| 1，故在受校正頻段,Hc() + L2() Ls() Lds() 0,Ls() Lds()越大，校正裝置精度越高。,局部反饋回路必須穩(wěn)定。,實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，也可先采用串聯(lián)校正方法得到滿意的已校開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，然后用等效的局部反饋校正來(lái)實(shí)現(xiàn)。,（分析法）預(yù)先選擇參數(shù)待定的反饋校正裝置，根據(jù)性能要求通過(guò)分析法確定參數(shù)。,某高炮電氣液壓跟蹤系統(tǒng)為一個(gè)二階無(wú)差系統(tǒng)，其原理方塊圖如圖所示。試設(shè)計(jì)一反饋校正裝置，并使系統(tǒng)滿足下列品質(zhì)指標(biāo)： （1）系統(tǒng)在最大跟蹤速度 及最大跟蹤加速度 時(shí),系統(tǒng)的最大誤差 ； （2） 在單位階躍信號(hào)作用下，系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間 超調(diào)量 ；,（,當(dāng) 時(shí)， dB 轉(zhuǎn)角頻率依次為,該系統(tǒng)為一個(gè)II型系統(tǒng)，屬于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的系統(tǒng)。,（1）繪制系統(tǒng)固有對(duì)數(shù)頻率特性Ls(),（2）繪制希望特性Lds(),中頻段：主要確定增益交界頻率和中頻段長(zhǎng)度,求得增益交界頻率 c=7.4s-1 ;考慮到一 定裕量，取c=7.8s-1,希望特性的中頻段 過(guò) =c=7.8s-1 作斜率為20dB/dec直線，考慮到 c 增加，故選 2=2.4s-1 3=23.8s-1 (=Ls() 的一個(gè)轉(zhuǎn)角頻率) 中頻段實(shí)際寬度:,繪制低頻段： 過(guò)2=2.4s-1的垂線與中頻段的交點(diǎn)，作40dB/dec與中頻段聯(lián)接 希望特性的低頻段可滿足要求。,繪制高頻段： 處，40dB/dec線 處，60dB/dec線 以后 就與 重合了。 希望特性驗(yàn)算， 在交界頻率 的相位裕量 滿足給定的要求。,在中、低頻段,(3) 繪制L2()+20lg|Hc(j )|,高頻段 由20dB/dec轉(zhuǎn)折至橫軸有,故=380處不轉(zhuǎn)折，向高頻處延長(zhǎng),相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié),小閉環(huán)的相位裕量,（4）得反饋校正裝置特性,第七節(jié) 反饋和前饋復(fù)合控制,基于誤差控制的缺點(diǎn) 只有當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差或干擾產(chǎn)生影響時(shí)，系統(tǒng)才被控 制以消除誤差的影響。 若系統(tǒng)包含有很大時(shí)間常數(shù)的環(huán)節(jié)，或者系統(tǒng)響應(yīng)速度 要求很高，調(diào)整速度就不能及時(shí)跟隨輸入信號(hào)或干擾信號(hào) 的變化。從而當(dāng)輸入或干擾變化較快時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)經(jīng)常處 于具有較大誤差的狀態(tài)。,為了減小或消除系統(tǒng)在特定輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，可 提高系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益或型次。 這兩種方法均會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 通過(guò)適當(dāng)選擇系統(tǒng)帶寬可以抑制高頻擾動(dòng) 但對(duì)低頻擾動(dòng)無(wú)能為力。特別是存在低頻強(qiáng)擾動(dòng)時(shí)，一 般的反饋控制校正方法很難滿足系統(tǒng)高性能的要求。,解決辦法：引入誤差補(bǔ)償通路，與原來(lái)的反饋控制一起進(jìn)行復(fù)合控制。,復(fù)合控制：,通過(guò)在系統(tǒng)中引入輸入或擾動(dòng)作用的開(kāi)環(huán)誤差補(bǔ)償通路（順饋或前饋通路），與原來(lái)的反饋控制回路一起實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高精度控制。,順饋或前饋控制在控制系統(tǒng)中可同時(shí)采用。 從抑制擾動(dòng)，減小誤差的角度看，復(fù)合控制可以減輕反饋控制的負(fù)擔(dān)。 引入復(fù)合控制的系統(tǒng)，反饋回路的增益可以取得小一些，從而有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。 順饋或前饋是開(kāi)環(huán)控制方式。 元器件應(yīng)具有較高的參數(shù)穩(wěn)定性。否則將削弱補(bǔ)償效果，并給系統(tǒng)輸出造成新的誤差。,按輸入(順饋)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正,系統(tǒng)的偏差傳遞函數(shù)為：,若選擇：,即誤差完全通過(guò)順饋通路得到補(bǔ)償，系