楼宇自动控制系统-06自动控制系统的设计与校正概要.pdf

自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正第六章 自动控制系统的设计与校正第六章 自动控制系统的设计与校正6.1 系统设计的设计步骤1.根据用户提出的性能指标和被控对象的 具体工作环境，根据条件进行调研、查阅 技术资料，确定合理的设计指标，作为设 计的依据。2.初步确定控制方案，如是用计算机控制 还是一般的模拟控制，驱动方式是采用电 动的还是液压气动的，完成系统的职能方 框图，写出可行性方案论证报告。6.1 系统设计的设计步骤1.根据用户提出的性能指标和被控对象的 具体工作环境，根据条件进行调研、查阅 技术资料，确定合理的设计指标，作为设 计的依据。2.初步确定控制方案，如是用计算机控制 还是一般的模拟控制，驱动方式是采用电 动的还是液压气动的，完成系统的职能方 框图，写出可行性方案论证报告。自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正3.具体进行设计根据初步确定的合理的设计指标 进行总体设计，合理地设计或选择元部 件，尤其是对测量元件的选择要给予充分 的注意。组成系统后进行动、静态分析 计算，同时进行计算机仿真。若不符合指 标要求，则要进行校正，使其满足指标要 求。3.具体进行设计根据初步确定的合理的设计指标 进行总体设计，合理地设计或选择元部 件，尤其是对测量元件的选择要给予充分 的注意。组成系统后进行动、静态分析 计算，同时进行计算机仿真。若不符合指 标要求，则要进行校正，使其满足指标要 求。自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正4实验室原理性试验根据具体设计，在实验室建造系统 的原型机，并进行试验。按照试验的结果调 正修改系统的部件中的有关参数，排除故 障，进一步完善具体设计。5提交样机通过技术鉴定在实验室试验的基础上考虑到实 际的使用条件进行样机生产。再通过对样机 的试验考核，鉴定其是否全面满足设计指 标，基本符合后才可决定小批量生产。经过 实际应用的考验，最后才能通过技术鉴定，投入小批量生产，进行定点实际应用。4实验室原理性试验根据具体设计，在实验室建造系统 的原型机，并进行试验。按照试验的结果调 正修改系统的部件中的有关参数，排除故 障，进一步完善具体设计。5提交样机通过技术鉴定在实验室试验的基础上考虑到实 际的使用条件进行样机生产。再通过对样机 的试验考核，鉴定其是否全面满足设计指 标，基本符合后才可决定小批量生产。经过 实际应用的考验，最后才能通过技术鉴定，投入小批量生产，进行定点实际应用。自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正调节时间调节时间t ts s超调量超调量 p%稳态误差%稳态误差e essss静态位置误差系数静态位置误差系数K Kp p静态速度误差系数静态速度误差系数K Kv v静态加速度误差系数静态加速度误差系数K Ka a一、时域指标6.2 性能指标与系统设计的基本思 路一、时域指标6.2 性能指标与系统设计的基本思 路自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正二、频域指标:1闭环频域指标峰值二、频域指标:1闭环频域指标峰值M Mr r峰值频率峰值频率 r r频带频带 b b2开环频域指标截止频率(穿越频率)2开环频域指标截止频率(穿越频率)c c相稳定裕度模稳定裕度相稳定裕度模稳定裕度L Lh h自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正三、各项指标的关系四、系统带宽的选择五、校正方案三、各项指标的关系四、系统带宽的选择五、校正方案校正装置校正装置：给系统加入一些具有某种典型 环节特性的电网络、模拟运算部件以及测 量装置等，靠这些环节的配置来有效地改 善整个系统的控制性能，借以达到所要求 的性能指标。这一加入的部件或装置通常 称为校正元件或校正装置。可归结为易于 实现的几种类型（：给系统加入一些具有某种典型 环节特性的电网络、模拟运算部件以及测 量装置等，靠这些环节的配置来有效地改 善整个系统的控制性能，借以达到所要求 的性能指标。这一加入的部件或装置通常 称为校正元件或校正装置。可归结为易于 实现的几种类型（超前校正装置超前校正装置、滞后校 正装置滞后校 正装置和和超前-滞后校正装置 超前-滞后校正装置）。结构 已知，参数可调。工程上广泛应用）。结构 已知，参数可调。工程上广泛应用PID调节 器PID调节 器自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正校正（连接）方式校正（连接）方式：按照系统中校正装置的连接方式：按照系统中校正装置的连接方式，可分为，可分为 串联校正串联校正、反馈校正反馈校正、前馈校正前馈校正、复合校 正复合校 正四种。四种。串联校正和反馈校正串联校正和反馈校正(1)串联校正和反馈校正(1)串联校正和反馈校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正前馈校正前馈校正(2)前馈校正(2)前馈校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正(4)复合校正(4)复合校正复合校正复合校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正六、六、校正方法校正方法（两法都有经验成分）（两法都有经验成分）1.分析法（试探法）1.分析法（试探法）首先由经验确定校正方案，然后由指标选择易于实现 的校正装置（类型）的参数，直到系统校正后满足给定的 全部性能指标。该法的优点是校正装置简单，可以设计成产品，例如，工 业上常用的首先由经验确定校正方案，然后由指标选择易于实现 的校正装置（类型）的参数，直到系统校正后满足给定的 全部性能指标。该法的优点是校正装置简单，可以设计成产品，例如，工 业上常用的PID调节器等。因此，在工程上得到广泛的应 用。调节器等。因此，在工程上得到广泛的应 用。2.综合法（期望特性法）2.综合法（期望特性法）按性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装 置的数学模型，使校正后的数学模型等于期望的数学模 型。该法虽然简单，但得到的数学模型一般比较复杂，在 实际应用中有很大的限制。但，对校正装置的选择有很 好的指导作用。按性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装 置的数学模型，使校正后的数学模型等于期望的数学模 型。该法虽然简单，但得到的数学模型一般比较复杂，在 实际应用中有很大的限制。但，对校正装置的选择有很 好的指导作用。自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正6.3 基本控制规律（PID算法）在校正装置中，常采用比例(P)、微分(D)、积分(I)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)等基本的控制规律。一、比例(P)控制具有比例控制规律的控制器称为比例控 制器其特性和比例环节完全相同，它 实际上是一个可调增益的放大器。传递函数6.3 基本控制规律（PID算法）在校正装置中，常采用比例(P)、微分(D)、积分(I)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)等基本的控制规律。一、比例(P)控制具有比例控制规律的控制器称为比例控 制器其特性和比例环节完全相同，它 实际上是一个可调增益的放大器。传递函数p()()X sKE s 自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正动态结构图为比例控制的作用：动态结构图为比例控制的作用：1在系统中增大比例系数1在系统中增大比例系数K Kp p 可减少系统的稳 态误差以提高稳态精度。2增加可减少系统的稳 态误差以提高稳态精度。2增加K Kp p 可降低系统的惯性，减小一阶系统 的时间常数，改善系统的快速性。3.提高可降低系统的惯性，减小一阶系统 的时间常数，改善系统的快速性。3.提高K Kp p 往往会降低系统的相对稳定性，甚 至会造成系统的不稳定。往往会降低系统的相对稳定性，甚 至会造成系统的不稳定。自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正二、比例二、比例微分(PD)控制动态结构图为微分(PD)控制动态结构图为具有比例具有比例微分控制规律的控制器称为比 例微分控制器。传递函数微分控制规律的控制器称为比 例微分控制器。传递函数p()(1)()X sKsE s 自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正PD控制器的作用：PD控制具有超前校正的作用，能给出控制系 统提前开始制动的信号，具有PD控制器的作用：PD控制具有超前校正的作用，能给出控制系 统提前开始制动的信号，具有“预见预见”性，能 反应偏差信号的变化速率(变化趋势)，并能 在偏差信号变得太大之前，在系统中引进一 个有效的早期修正信号，有助于增加系统的 稳定性，同时还可以提高系统的快速性。其缺点是系统抗高频干扰能力差。性，能 反应偏差信号的变化速率(变化趋势)，并能 在偏差信号变得太大之前，在系统中引进一 个有效的早期修正信号，有助于增加系统的 稳定性，同时还可以提高系统的快速性。其缺点是系统抗高频干扰能力差。自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正三、积分(I)控制具有积分控制规律的控制器，称为I控制器。动态结构图为传递函数三、积分(I)控制具有积分控制规律的控制器，称为I控制器。动态结构图为传递函数i()()KX sE ss 自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正积分控制的作用：积分控制的作用：1在串联校正中，采用I控制器可以提高系 统的型别，提高稳态精度。2增加了一个位于原点的开环极点对稳定性 不利。3.一般不单独采用。1在串联校正中，采用I控制器可以提高系 统的型别，提高稳态精度。2增加了一个位于原点的开环极点对稳定性 不利。3.一般不单独采用。自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正四、比例积分(PI)控制动态结构图传递函数四、比例积分(PI)控制动态结构图传递函数 pipii111KX sTsKE sTsTs 自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正PI控制器的作用：在系统中主要用于在保证控制系统稳定的 基础上提高系统的型别，从而提高系统的 稳态精度。PI控制器的作用：在系统中主要用于在保证控制系统稳定的 基础上提高系统的型别，从而提高系统的 稳态精度。五、比例五、比例积分积分微分(PID)控制动态结构图微分(PID)控制动态结构图自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制原理第六章 自动控制系统的设计与校正传递函数传递函数 pi11X sKsE sTs PID控制器的作用：PID具有PD和PI双重作用，能够较全面地提 高系统的控制性能。PID控制器除了提高系 统型别之外，还提供了两个负实零点，从 而较PI控制器在提高系统的动态性能方面 有更大的优越性。因此，在工业控制设计 中，PID控制器得到了非常广泛的应用。PID控制器的作用：PID具有PD和PI双重作用，能够较全面地提 高系统的控制性能。PID控制器除了提高系 统型别之外，还提供了两个负实零点，从 而较PI控制器在提高系统的动态性能方面 有更大的优越性。因此，在工业控制设计 中，PID控制器得到了非常广泛的应用。