控制系統(tǒng)的校正第14講

1、1、第14講，系統(tǒng)設計和校正問題常用的校正裝置及其特性串聯(lián)校正，控制系統(tǒng)校正，2、控制系統(tǒng)可視為由控制器和被控對象組成。當被控對象確定后，控制系統(tǒng)的設計實際上歸結為控制器的設計。這項工作被稱為：控制系統(tǒng)的校準。第六章，控制系統(tǒng)的校準。前幾章討論了分析控制系統(tǒng)性能的幾種基本方法。通過掌握這些基本方法，可以對控制系統(tǒng)進行定性分析和定量計算。本章討論了另一個命題，即如何根據(jù)預先給定的性能指標設計出滿足性能要求的控制系統(tǒng)。在設計過程中，我們不僅要有理論知識，還要注重實踐經驗，并經常配合許多局部和整體的實驗。所謂修正，就是增加一些參數(shù)可以根據(jù)需要改變的機構或裝置，從而改變系統(tǒng)的整體特性，從而滿足給定的性

2、能指標。工程中常用的校正方法有串聯(lián)校正、反饋校正和復合校正。4，校正公式，串聯(lián)校正，反饋校正，校正裝置，校正裝置，5，前饋校正，復合校正，(b)前饋校正(干擾補償)，(a)前饋校正(處理給定值)，時域指數(shù)可以通過轉換獲得。6.1系統(tǒng)設計和校正、6.1.1控制系統(tǒng)性能指標、時域指標、穩(wěn)態(tài)：類型、靜態(tài)誤差系數(shù)、動態(tài)：過沖和調整時間、頻域指標、開環(huán)頻率、諧振峰值、諧振頻率、增益交叉頻率、幅度裕度和相位裕度、7、二階系統(tǒng)頻域指標和時域指標相位(角度)裕度、諧振峰值、過沖、調整時間、1、2、3、4、5、6、7、8、諧振峰值、過沖、調整時間、(2) 在控制系統(tǒng)的實際操作中，輸入信號通常是低頻信號，而噪聲信

3、號通常是高頻信號。 6.1.2系統(tǒng)帶寬的選擇，這是系統(tǒng)的一個重要指標。如果輸入信號的帶寬為，請參見系統(tǒng)帶寬選擇示意圖。選擇要求：10，圖6-1系統(tǒng)帶寬選擇，噪聲，輸入信號，11，6.1.4基本控制律，(1 b)比例控制律，(6-1)，(a)比例控制器比例控制律的微分控制律可以反映輸入信號的變化趨勢，產生有效的早期校正信號，以增加系統(tǒng)的阻尼度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在串聯(lián)校正中，系統(tǒng)增加了一個新的開環(huán)零點，改善了系統(tǒng)的相角裕度，從而有助于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，并具有可預測性。12，具有積分(I)控制律的控制器稱為I控制器。(6-3)，輸出信號與其輸入信號的積分成比例。是一個可調整的比例因子。在它消失之

4、后，輸出信號可以是非零常數(shù)。不建議采用單一控制器，(3)積分(1)控制律，和(3)控制器。在串聯(lián)校準中使用I控制器，可以改善系統(tǒng)類型(無差異)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。然而，積分控制在原點增加了一個開環(huán)極點，使得信號的相角滯后，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。13、具有比例積分控制律的控制器稱為比例積分控制器。輸出與其輸入信號和積分成比例的信號的比例積分控制器。是一個可調的比例系數(shù)。在串聯(lián)校正中，比例積分控制器相當于在原點加一個極點，在系統(tǒng)中加一個開環(huán)零點。開環(huán)極點，改善系統(tǒng)類型，減少穩(wěn)態(tài)誤差；開環(huán)零點可以提高系統(tǒng)的阻尼度，減輕PI對系統(tǒng)的不利影響。(4)比例積分控制律(6-4)，它是一個可調積分時間系數(shù)，主

5、要用于改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。14，(5)比例積分微分控制律比例積分微分控制律的控制器稱為比例積分微分控制器。(6-5)，(6-6)，如果，(e) PID控制器，15，I積分出現(xiàn)在低頻帶，穩(wěn)態(tài)性能(改善)D微分出現(xiàn)在高頻帶，動態(tài)性能(改善)，增加一個極點，改善型，改善穩(wěn)態(tài)性能，兩個負實零點，動態(tài)性能比PI，更優(yōu)越。在這種情況下，有必要在系統(tǒng)的前向路徑中增加一個超前校正裝置，以便在開環(huán)增益不變的前提下，系統(tǒng)的動態(tài)性能能夠滿足設計要求。6.2常用校正裝置及其特性，無源校正網(wǎng)絡，超前校正，有源校正網(wǎng)絡，1。無源超前校正、滯后校正、滯后超前校正，首先討論了超前校正網(wǎng)絡的特點，然后介紹了基于頻率響應法的

6、超前校正裝置的設計過程。假設網(wǎng)絡信號源的阻抗很小，可以忽略不計，輸出負載的阻抗是無限的，其傳遞函數(shù)如下：圖6-2無源超前網(wǎng)絡、時間常數(shù)、比例系數(shù)、(6-7)、(a)、(b)、18、時間常數(shù)因此，需要增加放大器的增益來補償，(6-9)倍。圖6-3帶附加放大器的無源導聯(lián)校正網(wǎng)絡。此時，傳遞函數(shù)：19、引導網(wǎng)絡的零極點分布，因此引導網(wǎng)絡的負實零點總是位于負實極點的右側，并且它們之間的距離由常數(shù)確定?？梢钥闯?，變化和t(即電路的參數(shù))可以實現(xiàn)超前網(wǎng)絡的零點和極點在S平面的負實軸上的任意移動。因為，的值是，20，對應于等式(6-19)，所以得到，(6-10)，對數(shù)頻率特性如圖6-4所示。顯然，主導網(wǎng)絡對

7、對數(shù)頻率在(6-11)、(6-9)和(6-9)之間的輸入信號有明顯的差分效應。在此頻率范圍內，輸出信號的相位角領先于輸入信號的相位角，因此領先網(wǎng)絡的名稱由此而來。21，20dB/dec，圖6-4無源引線網(wǎng)絡的對數(shù)頻率特性，22，由(6-11)、(6-14)、(6-12)、(6-13)表示，因此，在最大引線角頻率下，它具有最大引線角，它正好在頻率和的幾何中心。圖6-5頻率特性，20db/dec、24、(6-16)，但a不能太大(為了保證較高的信噪比)，a一般不超過20。這種超前校正網(wǎng)絡的最大相位超前角一般不大于，如果需要大于，則應在兩個超前網(wǎng)絡中，25，圖6-6最大超前角和最大超前角時振幅與刻度

8、系數(shù)的關系曲線，db，o，a，26，2。無源遲滯網(wǎng)絡，如果信號源的內部阻抗為零，負載阻抗為無窮大，遲滯網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)為3360、時間常數(shù)、刻度系數(shù)、(6-17) -20db/dec、28。與領先網(wǎng)絡相比，滯后網(wǎng)絡對、處的信號沒有衰減效應，對信號有積分效應，表現(xiàn)出滯后特性。在，對信號的衰減效應是，與主導網(wǎng)絡相比，最大滯后角出現(xiàn)在幾何中心，這被稱為最大滯后角頻率。計算公式為(6-18)，從圖6-12可以看出，和29在采用無源滯后網(wǎng)絡進行串聯(lián)校正時，主要利用其高頻幅度衰減特性來降低系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率，提高系統(tǒng)的相角裕度。滯后網(wǎng)絡如何改善系統(tǒng)的相角裕度？三十歲。在設計中，應避免在校準系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率附近出現(xiàn)最大滯后角。當選擇滯后網(wǎng)絡的參數(shù)時，網(wǎng)絡的切換頻率通常遠小于其它網(wǎng)絡的切換頻率。此時，由滯后網(wǎng)絡At產生的相角滯后由以下公式確定，并被代入上述公式。B和20lgb之間的關系如圖6-13所示。(6-20)，(6-21)，31，圖6-13 b和，和2