自動控制原理 第2版 課件 第六章(寬屏)4

自動控制原理

第六章(第4次課)

12例題：如圖所示，最小相位系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻漸進(jìn)特性為，串聯(lián)校正裝置對數(shù)幅頻漸進(jìn)特性為6.2.2串聯(lián)滯后校正3求未校正系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)及串聯(lián)校正裝置；（8分）計(jì)算未校正系統(tǒng)的截止頻率及未校正系統(tǒng)的相位裕度；（6分）求出校正后的截止頻率，在圖中畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻漸進(jìn)特性并計(jì)算校正后系統(tǒng)的相位裕度。（6分）6.2.2串聯(lián)滯后校正46.2.2串聯(lián)滯后校正56.2.2串聯(lián)滯后校正6慕課堂小測驗(yàn)86.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正兼有滯后校正和超前校正的優(yōu)點(diǎn)，可以使校正后的系統(tǒng)響應(yīng)速度較快，超調(diào)量較小，抑制高頻噪聲的性能也較好。滯后校正在低頻段；超前校正在中高頻段96.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正10滯后—超前校正的一般步驟

確定開環(huán)增益K，滿足穩(wěn)態(tài)誤差的要求

畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖,并求③在未校正系統(tǒng)的對數(shù)幅頻圖上，選擇從-20dB/dec變化到-40dB/dec的交接頻率，保證中頻區(qū)的斜率為-20dB/dec，同時(shí)也可降低已校正系統(tǒng)的階次。

據(jù)相角裕度要求確定滯后網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

驗(yàn)算已校正系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度

選擇，計(jì)算

,11例6-5設(shè)未校正系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下:試設(shè)計(jì)校正裝置滿足下列性能指標(biāo)：

(1)在最大指令速度為1800/s時(shí)，位置遲后誤差不超過1o;

(2)

相角裕度為450±3o;

(3)

幅值裕度不低于10dB;

(4)

動態(tài)過程調(diào)節(jié)時(shí)間ts不超過3秒。6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正12解:(1)

根據(jù)I型系統(tǒng)和速度誤差系統(tǒng)要求取

K

(2)繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正130dB20406080-20-40-60-800.1110100[-20][-60]62[-40](2)繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖。計(jì)算未校正系統(tǒng)的截止頻率和相角裕度（3）選擇14（4）選擇校正后截止頻率根據(jù)條件2

和4的要求，若采用滯后校正：6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正15選定為保證中頻段足夠的寬度，截止頻率不宜過大6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正16已校正系統(tǒng)的頻率特性（5）計(jì)算Ta6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正17已校正系統(tǒng)的頻率特性因滯后作用在低頻段，超前作用在中頻段，所以有以下關(guān)系：6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正18校正后傳遞函數(shù)6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正190dB20406080-20-40-60-800.1110100[-20][-60]3.520原系統(tǒng)在新截止頻率處的相角裕度：超前校正在新截止頻率處的相角滯后校正在新截止頻率處的相角對該題進(jìn)一步剖析21Ts=1.65sΔ=5%;Ts=2.9sΔ=2%;

2223[-20][+20]有源滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)-10lga

m20lgb如何分析滯后超前校正對系統(tǒng)性能的影響？24其主要設(shè)計(jì)步驟同前

用對準(zhǔn)未校正系統(tǒng)由-20dB/dec轉(zhuǎn)到-40dB/dec的轉(zhuǎn)角頻率。選取滿足截止頻率的要求，取再選取值滿足相位裕度的要求。6.2.3

串聯(lián)滯后—超前校正6.3.1局部反饋校正局部反饋是一種在系統(tǒng)的局部環(huán)節(jié)引入反饋對系統(tǒng)進(jìn)行校正的方法。G1(s)、G2(s)是系統(tǒng)的原有環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)的部分環(huán)節(jié)G2(s)引入反饋Gf(s)，就是一種局部反饋校正。6.3

局部反饋校正與前饋補(bǔ)償局部反饋的傳遞函數(shù)為如果在對系統(tǒng)動態(tài)性能起作用的頻率范圍內(nèi)，滿足因此，可以通過選擇適當(dāng)?shù)姆答佇Ｕ膫鬟f函數(shù)，在一定的頻率范圍內(nèi)改變原系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，從而達(dá)到改善系統(tǒng)動態(tài)特性的目的。6.3.1局部反饋校正1、G2(s)是系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)。它可能測定的不準(zhǔn)確，甚至可能含有非線性因素等，直接對它設(shè)計(jì)控制器比較困難。用Gf(s)

改造G2(s)可以使設(shè)計(jì)控制器的工作比較簡單。局部反饋校正的優(yōu)點(diǎn)：2、反饋信號是從功率電平較高的點(diǎn)傳向功率電平較低的點(diǎn)，因而通常不必采用附加的放大器。局部反饋校正在某些情況下可以收到與串聯(lián)校正類似的效果，但所需要的元件數(shù)目要少一些。3、局部反饋在系統(tǒng)內(nèi)形成了一個(gè)局部閉環(huán)回路，作用在這個(gè)內(nèi)環(huán)回路的各種擾動，受到局部閉環(huán)負(fù)反饋的影響，往往被削弱。6.3.1局部反饋校正減小或消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)。可以通過提高系統(tǒng)的型別和增大系統(tǒng)的開環(huán)增益來實(shí)現(xiàn)，但是這都將對系統(tǒng)的動態(tài)性能帶來不良影響。6.3.2前饋補(bǔ)償使用串聯(lián)或局部反饋校正可以在一定程度上得到改善，但有時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)有一定的難度。采用前饋補(bǔ)償可以在很大程度上減少乃至消除穩(wěn)態(tài)誤差。前饋補(bǔ)償就是在反饋控制系統(tǒng)中引入一個(gè)開環(huán)控制通道，對系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)附加的補(bǔ)償控制信號，達(dá)到消除或減小穩(wěn)態(tài)誤差的目標(biāo)。a.按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)b.按擾動補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)中加入前饋補(bǔ)償，這樣的控制系統(tǒng)稱為復(fù)合控制系統(tǒng)。按照產(chǎn)生誤差的源頭不同，前饋補(bǔ)償產(chǎn)生的補(bǔ)償信號可以取自輸入信號，也可以取自擾動信號。6.3.2前饋補(bǔ)償a.按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)b.按擾動補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)6.3.2前饋補(bǔ)償例1設(shè)復(fù)合校正隨動系統(tǒng)如圖所示，試選擇前饋補(bǔ)償方案和參數(shù)，使復(fù)合控制系統(tǒng)等效為II型系統(tǒng)。解系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)為6.3.2前饋補(bǔ)償例1設(shè)復(fù)合校正隨動系統(tǒng)如圖所示，試選擇前饋補(bǔ)償方案和參數(shù)，使復(fù)合控制系統(tǒng)等效為II型系統(tǒng)。6.3.2前饋補(bǔ)償例1設(shè)復(fù)合校正隨動系統(tǒng)如圖所示，試選擇前饋補(bǔ)償方案和參數(shù)，使復(fù)合控制系統(tǒng)等效為II型系統(tǒng)。選擇，代入上式可得6.3.2前饋補(bǔ)償例1設(shè)復(fù)合校正隨動系統(tǒng)如圖所示，試選擇前饋補(bǔ)償方案和參數(shù)，使復(fù)合控制系統(tǒng)等效為II型系統(tǒng)。輸入速度信號時(shí)：等效為為II型系統(tǒng)6.3.2前饋補(bǔ)償例2設(shè)按擾動補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正隨動系統(tǒng)如圖所示，試選取前饋補(bǔ)償裝置，使系統(tǒng)輸出不受擾動影響。解:按雙通道相消的原則，實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，有從物理可實(shí)現(xiàn)性考慮，取6.3.2前饋補(bǔ)償例2設(shè)按擾動補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正隨動系統(tǒng)如圖所示，試選取前饋補(bǔ)償裝置，使系統(tǒng)輸出不受擾動影響。則可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償，即在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)輸出完全不受擾動的影響，它在物理上更易于實(shí)現(xiàn)。若取

由上述分析可知，采用前饋補(bǔ)償，首先要求擾動信號可以測量，其次要求前饋補(bǔ)償裝置在物理上是可以實(shí)現(xiàn)的，并力求簡單。在實(shí)際應(yīng)用中，多采用近似全補(bǔ)償或穩(wěn)態(tài)全補(bǔ)償?shù)姆桨浮?.3.2前饋補(bǔ)償求以下各問：（1）當(dāng)n(t)=0時(shí)，試確定使系統(tǒng)ζ=0.707時(shí)的τ值；（2）在（1）確定τ值的條件下，求系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間（Δ=0.05）；（3）設(shè)n(t)可測量，設(shè)計(jì)前饋校正裝置Gn(s)使其對系統(tǒng)輸出c(t)無影響。習(xí)題討論1已知單位反饋的典型二階系統(tǒng)，在