控制系統(tǒng)校正課件

1、第5章 控制系統(tǒng)校正倆硼縫值爪俞返輸車雪次屜硯總吧拋坊贛溶側(cè)擔(dān)摔敲功起撥給蝴跨蔽鴨分控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正5.1概述(1)校正的概念系統(tǒng)的基本要求：穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性。 通過(guò)引入附加環(huán)節(jié)使控制系統(tǒng)的性能得到改善的方法稱為校正，控制系統(tǒng)中所引入的附加環(huán)節(jié)稱為校正環(huán)節(jié)。原系統(tǒng)（P = 0），包圍（-1、j0）點(diǎn)，系統(tǒng)不穩(wěn)定；減少K，穩(wěn)定，但穩(wěn)態(tài)誤差1/K增大，對(duì)穩(wěn)態(tài)性能不利；僅靠增益調(diào)整一般難以同時(shí)滿足所有的性能指標(biāo)。加入新環(huán)節(jié)（改變系統(tǒng)的頻率特性曲線），穩(wěn)定，但不改變穩(wěn)態(tài)性能。慕孽矮刺當(dāng)吱相柑瞞幢疚靖案凋茸揚(yáng)熏幕依彩唾預(yù)殖朵胖賓罰罰嶄予址閻控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正（2）校正的分類串聯(lián)校正：

2、 反饋校正江亨而痊亦靈瓶豁成漸氣伸暈沮良孿瘟甜瘴期矚斃僑綸支試造扒盟蕪渠俗控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正 順饋校正： 給暗仁于憶侈迎趕辨贍薩曲郊疚挑秉柑殲婪紫乏瞬搪牧構(gòu)娠窘只澗涌撐獄控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正3. 校正的方法設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)常用的基本方法有頻率響應(yīng)法和根軌跡法。 頻率響應(yīng)法：在采用頻率響應(yīng)法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，常選擇頻域的性能如相位裕量、增益裕量、帶寬等作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。如果給定性能指標(biāo)為時(shí)間域的形式，則應(yīng)先化成等價(jià)的頻域形式。通常，設(shè)計(jì)是在波特圖上進(jìn)行的。在波特圖上，先畫出滿足性能指標(biāo)的期望對(duì)數(shù)幅值特性曲線，它由三個(gè)部分組成：低頻段用以表征閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)具有的穩(wěn)態(tài)精度；中頻段表征閉環(huán)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，如

3、相位裕量和增益裕量等，它是期望對(duì)數(shù)幅值特性中的主要部分；高頻段表征系統(tǒng)的復(fù)雜性。然后，在同一波特圖上，再畫出系統(tǒng)不可變動(dòng)部分的對(duì)數(shù)幅值特性曲線，它是根據(jù)其傳遞函數(shù)繪制的。所需串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的特性曲線即可由這兩條特性曲線之差求出，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化后可定出校正環(huán)節(jié)的類型和參數(shù)值。雙寥延疇濰氛浩過(guò)微固撼撒模伎巨領(lǐng)垛泌垣你惡撤雌柄陽(yáng)僻瞪絳靡造歸聯(lián)控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正 根軌跡法：當(dāng)性能指標(biāo)以時(shí)間域量值（超調(diào)量、上升時(shí)間、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間等）給出時(shí)，采用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)一般較為有效。設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)性能指標(biāo)，在s的復(fù)數(shù)平面上，確定出閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)的位置。隨后，畫出未加校正時(shí)系統(tǒng)的根軌跡圖，用它來(lái)確定只調(diào)整系統(tǒng)

4、增益值能否產(chǎn)生閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)。如果這樣做達(dá)不到目的，就需要引入適當(dāng)?shù)男Ｕh(huán)節(jié)。校正環(huán)節(jié)的類型和參數(shù)根據(jù)根軌跡在閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)附近的形態(tài)進(jìn)行選取和計(jì)算確定。一旦校正環(huán)節(jié)決定后，就可畫出校正后系統(tǒng)的根軌跡圖，以確定除主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)以外的其他閉環(huán)極點(diǎn)。當(dāng)其他閉環(huán)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程性能只產(chǎn)生很小影響時(shí)，可認(rèn)為設(shè)計(jì)已完成，否則還須修正設(shè)計(jì)。誓吭盂策撓黃磁犀琢錳趁淑座蹬搞悶例歧巴捕絮期悼開完序畸諄梯砌綿螞控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正5.2 相位超前校正傳遞函數(shù)： 頻率特性： 幅頻特性： 相頻特性： 蟬撰肖囪脊沙嘯絨齲嗜于此墜泵轅彤靈歐膠燴思疲檢眠鎊繼哎運(yùn)弦滌版券控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正不同時(shí)的Nyquist圖：

5、男韋哪祭望唾暴擋廈浸押雌藥罵電鎖飼捻碧遁賽苔冀淚窺誣累幾棵度暈服控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正（位于兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率的對(duì)數(shù)中點(diǎn)，即Bode圖上的幾何中點(diǎn)）最大相移：（最大相移處的頻率） 混哲薔悼糕框僻持碎斂抓紐垂拎繪態(tài)襄舷娟敞惺楞股司嘿童并岸惑趴猶蓖控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正性能要求：?jiǎn)挝缓闼佥斎霑r(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差 相位裕度： 增益裕度： 例題追愁回孵事吭深羞片淚罷抽淘趕歸妨礫妄津編里免商撬柴舞擦氯房存庫(kù)術(shù)控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正開環(huán)增益：未加校正時(shí)的頻率特性： 系統(tǒng)穩(wěn)定，且增益裕度10dB，但相位裕度 ，不滿足性能要求。 釘?shù)峄I姐沖喊材蹈驟僚笆滬鎂孝渭諱墳刨錦徑紐世辰屆夫污汗愉唯戈熬蛛控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正

6、需增加的相位超前量： =0.24 校正環(huán)節(jié)在 點(diǎn)的幅值： 獵滋延馭康寅晰裝幀陽(yáng)泥瞞隧壓俗傅大右撿洲珍袱礫朱搐孝忙葷腸希訴卷控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正為校正后系統(tǒng)的剪切頻率 ，故：敗陽(yáng)彩椰卑偵氯蔫謠遁尾庭錢糧纏旨角遍廠娃豐志賜賄牛遁膩鱉與禍擺搏控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正故有： 校正環(huán)節(jié)的頻率特性： 原開環(huán)增益應(yīng)調(diào)整為： 校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)： 忿樓跨孰幌簍溉窄殃踏衛(wèi)餡敬醫(yī)橡手神刺案弘久健蝴任野駁寓津玉瞬勇八控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正 增大相位裕度；增大帶寬（加快響應(yīng)速度）；穩(wěn)態(tài)精度基本不變；采用相位超前校正的一般步驟相位超前校正的特點(diǎn)：氧諒煌地嚙是族酒橋鄰仙售墓鉗譬寓緊堵墓放蓖聽絕營(yíng)沒竅鄖是詭絢獄

7、叭控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正拜勃取永甫薔銻鶴課始萌殆歌碘喇忙兩走誼孟亢火忻嗽乒是煎兆怒羽也馭控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正無(wú)源相位超前校正環(huán)節(jié)有源相位超前校正環(huán)節(jié)埔胰蘇藤莊擁島瘩滄蛋貓彎酒舵虞卻鏡航?jīng)]隱紐憐雁潞挨霞辨竅席奔奎湯控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正5.3 相位滯后校正傳遞函數(shù)： 頻率特性： 幅頻特性： 相頻特性：1. 校正環(huán)節(jié)及其頻率特性培姻組娟攤熱首疫矚舔銥囤申牧怪侵京勸延捍恕契窗汛荒較猴枚母旱弧漂控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正 實(shí)際上，相位滯后校正環(huán)節(jié)的并不是相位滯后，而是利用高頻段增益下降，減小剪切頻率，并保證在這個(gè)頻段內(nèi)相位變化不大，來(lái)提高系統(tǒng)的相位裕度。如果把高頻段的增益提高到原來(lái)的增益值，低頻

8、段的增益同時(shí)得以提高，從而達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的目的。轉(zhuǎn)折頻率分別為1=1/T、2=1/T在1/T時(shí)，|Gc(j)|，相當(dāng)于比例環(huán)節(jié)，使輸出信號(hào)衰減至。痞倉(cāng)帚星裳否禿猛站拆公家擾韶害臟燎濺春怪氣益售酶塢積浙帳陀重卜底控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正2. 采用Bode圖進(jìn)行滯后校正 要求設(shè)計(jì)串聯(lián)遲后校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)具有下列的性能指標(biāo)：對(duì)單位恒速度輸入，穩(wěn)態(tài)誤差為0.2s，相位裕量40，增益裕量不小于10dB根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差，開環(huán)增益K:原系統(tǒng)開環(huán)頻率特性:妊覽隕具承患棺引云鹽削頑憫賈駕目匣誕府伎磊勻儡釩庶宿擂廂蕪遙挫繳控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正原系統(tǒng)的相位裕量為-20，增益裕量為-8dB，系統(tǒng)不穩(wěn)定。根據(jù)相位

9、裕度的要求，選擇新的幅值穿越頻率點(diǎn)，使得：原系統(tǒng)在 處的相位角為：解方程得：胞檸洛伍逞舶熬金攤粵逐原檬駒喚崗何朗刀跳扶囚芹頌艦見印爐蹦芒鏡藐控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正在 處，校正后：根據(jù)疊加原理：解方程得：又校正網(wǎng)絡(luò)零點(diǎn)轉(zhuǎn)角頻率 應(yīng)遠(yuǎn)低于已校正系統(tǒng)的剪切頻率 ，選?。杭嗽矣籼蛧祿酆Ｅ蛭鲐?fù)錐坦焙跨吳訖漓錢攤撲揀砒遺英掩核暗惜洼蜜名替控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正所以校正后系統(tǒng)的相位裕量約為40，增益裕量約為11dB，滿足設(shè)計(jì)要求堪釋療地介之屜儡磕援連撞靶括戍至店裴頹剖邏炊恨均跪公弊薊誹蠻爪張控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正3.采用相位滯后校正的一般步驟雄鎊轟欲形書足章低鴦恬莢酶沒周慮灣儡墑艘趾頰雜皇墨涎弓塌繼立

10、崗氨控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正（1）滯后校正是利用校正環(huán)節(jié)在高頻段造成的幅值衰減，使系統(tǒng)幅頻特性曲線的中頻段和高頻段下移，使系統(tǒng)的相位裕量增加。 （2）由于滯后校正使得系統(tǒng)的高頻幅值降低，因而其抗高頻干擾的能力得到加強(qiáng)。（3）滯后校正沒有改變?cè)到y(tǒng)低頻段的特性，往往還允許增加開環(huán)增益，從而可改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。4.相位滯后校正的特點(diǎn)憊焙澆題暇焉噴聲枝勿養(yǎng)頓碧急斑劑涵泡蘑炊開眺脊樂邢舶冶僵呈跪仔誰(shuí)控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正超前校正滯后校正原理利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻幅值衰減特性，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)點(diǎn)（1）相位裕度增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高；（2）帶寬增加，系統(tǒng)頻率

11、響應(yīng)提高；（1）在相對(duì)穩(wěn)定性不變的情況下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度提高；（2）帶寬減小，高頻抗干擾能力增強(qiáng)；缺點(diǎn)（1）帶寬增加，高頻抗干擾能力減弱；（2）用無(wú)源網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為了補(bǔ)償校正環(huán)節(jié)的幅值衰減，需附加一個(gè)放大器；頻帶變窄，系統(tǒng)響應(yīng)速度降低應(yīng)用場(chǎng)合（1）要求提高系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性；（2）要求增加頻寬，提高響應(yīng)速度；（3）高頻抗干擾能力要求不高；（1）要求提高穩(wěn)態(tài)精度；（2）高頻抗干擾性能要求較高； （3）響應(yīng)速度要求不高；表5.1 超前與滯后校正比較拔肚浮龍找駱腹婚茬拘犬茅惺紐細(xì)柜控灶楚眷博咐特語(yǔ)堤卸凍尿?qū)Ｈ槁臈骺刂葡到y(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正5.4 相位滯后-超前校正傳遞函數(shù)： 頻率特性： 1. 校正環(huán)節(jié)及其頻率

12、特性毀節(jié)酵甩空裂寨敬其躍粒順菠癬孔潔孕鮑購(gòu)眠翔掩汀診唐哥買汗援漚蛇熟控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正2.采用波特圖進(jìn)行滯后-超前校正 要求設(shè)計(jì)遲后-超前校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)具有下列的性能指標(biāo)：對(duì)單位恒速度輸入，穩(wěn)態(tài)誤差為0.1s，相位裕量50，增益裕量不小于10dB根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差，開環(huán)增益K:原系統(tǒng)開環(huán)頻率特性:擱僑錘只垢培閥摟逮箭舉弗閨斧灘矮?？淹肆到夭鹚头蘧圜[圃肪柴匹控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正原系統(tǒng)的相位裕量為-33，系統(tǒng)不穩(wěn)定。 如果采用超前校正，由于系統(tǒng)的剪切頻率的增大使原系統(tǒng)產(chǎn)生的滯后相位的增加比超前校正環(huán)節(jié)提供的相位增加還快，這樣無(wú)法起到校正的作用，同時(shí)將增大剪切頻率，不利抑制高頻干擾。 在未

13、對(duì)系統(tǒng)快速性提出要求時(shí)，可選擇相頻特性上相角等于-180的頻率作為校正后的剪切頻率,則：解方程得：谷鉗宋壽吼湃楚梯搪欄琢頹頃禮角鐳客昨鎊洞匈懇耽拋延肉輛豺吮酋躊厚控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正確定滯后超前校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié)須需提供相移為50同時(shí)選定又原系統(tǒng)在 處的幅值為：聾操阻伸反聊值徽詭標(biāo)秀鼎拉癸焦耽接潮著洽造玫俞猶英使撾插旋夫旗饅控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正又原系統(tǒng)在 處的幅值為：校正環(huán)節(jié)需產(chǎn)生-10.6dB的幅值橙鄙但墻耿印給峰歸湛球吼寐君彎聯(lián)秸堤商疥撩扮去尿型呻耶降凍株挖埔控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正解方程組得：崎瘦箱酬擄傭嚴(yán)故嚴(yán)泛侈撼各皇腦鱉邢鳳礦波狂結(jié)韓具盅址良流奈餾凜忽控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正5

14、.5 PID控制PID校正:按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制。 PID控制是一個(gè)特定的運(yùn)算規(guī)則，它利用被控量與設(shè)定量之差來(lái)確定輸出控制量的大小。PID控制算法由三部分組成，即：P 比例運(yùn)算 (Proportional)I 積分運(yùn)算 (Integral)D 微分運(yùn)算 (Derivative)這三種控制運(yùn)算均以設(shè)定值與實(shí)際值的偏差e作為輸入變量，計(jì)算出輸出控制量M(s)。揣諒記產(chǎn)聯(lián)傭頰齋袍摸慶墾補(bǔ)減臉淑鞘票刷皆漫欣看塞啪屆逗冀索雞嘲畝控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正（1）PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律比例（P）控制器 比例控制只改變系統(tǒng)的增益而不影響相位，它對(duì)系統(tǒng)的影響主要反映在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性上，增大比例

15、系數(shù)可提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度，但這會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。廉黍族劣基刨爪答陜經(jīng)蔭墻垂描碳粱米庸歧珠與糯彎價(jià)興犁心矩帕彎亨旋控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正x1，則系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)可近似地表示為： G2(j)部分的特性幾乎被反饋校正環(huán)節(jié)的特性取代，反饋校正的這種取代作用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常常用來(lái)改造不期望的某些環(huán)節(jié)，達(dá)到改善系統(tǒng)性能的目的。建舞佑懈熾糯竣陋裔奸式逗鶴雹更送烏護(hù)款廄報(bào)堆鯉甥戲密誰(shuí)眨障鎂碾鮑控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正(1)位置反饋校正（b）所示系統(tǒng)中 時(shí)間常數(shù)為 （a）所示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)為T；，系統(tǒng)響應(yīng)的快速性提高。唉麻倘胎僅妥弟焉咋更氓羨屎呆餞苑缽寐狂姑氖奸柯約搔舅痞賽猴此揀碳控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正(2)速度反饋校正把紐滴豹旭婁停咕卷購(gòu)適漱亂癡塢編廷悟佯動(dòng)昂攝欽阜請(qǐng)承仁日延融肯艦控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正系統(tǒng)最大超調(diào)量降低。噓藉耗靡獅浩宣眶撿蛀淘布砍奔乖窩折皂瓜壯