自动控制原理-06自动控制系统的设计与校正ppt课件.ppt

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1、自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正第六章第六章 自动控制系统的设计与校正自动控制系统的设计与校正6.1 系统设计的设计步骤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，作为设技术资料，确定合理的设计指标，作为设计的依据。计的依据。2.初步确定控制方案，如是用计算机控制初步确定控制方案，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

2、的职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。能方框图，写出可行性方案论证报告。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正3. 具体进行设计具体进行设计 根据初步确定的合理的设计指标进行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。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，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

3、指标要求。则要进行校正，使其满足指标要求。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正 4实验室原理性试验实验室原理性试验 根据具体设计，在实验室建造系统的原根据具体设计，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改型机，并进行试验。按照试验的结果调正改系统九部件中的有关参数，排除故障，进一系统九部件中的有关参数，排除故障，进一步完善具体设计。步完善具体设计。 5提交样机通过技术鉴定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。再通过对样机的试使用条件进行样机生产。再通过对样

4、机的试验考核，鉴定其是否全面满足设计指标，基验考核，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。批量生产，进行定点实际应用。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正调节时间调节时间ts超调量超调量 %稳态误差稳态误差ess静态位置误差系数静态位置误差系数Kp静态速度误差系数静态速度误差系数Kv静态加速度误差系数静态加速度误差系数Ka一、时域指标一、时域指标6.2 性能指标与系统设计的

5、基本思路性能指标与系统设计的基本思路自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正二、二、频域指标频域指标: :1闭环频域指标闭环频域指标峰值峰值Mr峰值频率峰值频率 r频带频带 b b 2开环频域指标开环频域指标截止频率截止频率(穿越频率穿越频率) c c 相稳定裕度相稳定裕度 模稳定裕度模稳定裕度L Lh 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正三、各项指标的关系三、各项指标的关系四、系统带宽的选择四、系统带宽的选择五、校正方式五、校正方式校正校正：给系统加入一些具有某种典型环节：给系统加入一些具有某

6、种典型环节特性的电网络、模拟运算部件以及测量装特性的电网络、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。校正元件或校正装置。 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正校正方式：校正方式：按照系统中校正装置的连接方式，可分为按照系统中校正装置的连接方式，可分为串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校正四种。

7、正四种。 串联校正和反馈校正串联校正和反馈校正 (1)(1)串联校正和反馈校正串联校正和反馈校正 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正前馈校正前馈校正 (2)(2)前馈校正前馈校正 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(4)(4)复合校正复合校正 复合校正复合校正 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正六、校正方法六、校正方法1. 分析法分析法2. 综合法综合法自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与

8、校正正6.3 基本控制规律基本控制规律在校正装置中，常采用比例在校正装置中，常采用比例(P)、微分、微分(D)、积分积分(I)、比例微分、比例微分(PD)、比例积分、比例积分(PI)、比例积分微分比例积分微分(PID)等基本的控制规律。等基本的控制规律。一、比例一、比例(P)控制控制具有比例控制规律的控制器称为比例控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。实际上是一个可调增益的放大器。传递函数传递函数 p( )( )X sKE s 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的

9、设计与校正正动态结构图为动态结构图为 比例控制的作用：比例控制的作用：1在系统中增大比例系数在系统中增大比例系数Kp可减少系统的稳可减少系统的稳态误差以提高稳态精度。态误差以提高稳态精度。2增加增加Kp可降低系统的惯性，减小一阶系统可降低系统的惯性，减小一阶系统的时间常数，改善系统的快速性。的时间常数，改善系统的快速性。3. 提高提高Kp往往会降低系统的相对稳定性，甚往往会降低系统的相对稳定性，甚至会造成系统的不稳定。至会造成系统的不稳定。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正二、比例二、比例微分微分(PD)控制控制动态结构图为动态结构图为 具

10、有比例具有比例微分控制规律的控制器称为比微分控制规律的控制器称为比例微分控制器。例微分控制器。传递函数传递函数 p( )(1)( )X sKsE s 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正PD控制器的作用：控制器的作用：PD控制具有超前校正的作用，能给出控制系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，具有统提前开始制动的信号，具有“预见预见”性，性，能反应偏差信号的变化速率能反应偏差信号的变化速率(变化趋势变化趋势)，并，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引进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

11、增加系统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。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。其缺点是系统抗高频干扰能力差。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正三、积分三、积分(I)控制控制具有积分控制规律的控制器，称为具有积分控制规律的控制器，称为I控制器。控制器。动态结构图为动态结构图为 传递函数传递函数 i( )( )KX sE ss 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正四、比例积分四、比例积分(PI)控制控制动态结构图动态结构

12、图 传递函数传递函数 pipii111KX sTsKE sTsTs 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正PI控制器的作用：控制器的作用：在系统中主要用于在保证控制系统稳定的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，从而提高系统的基础上提高系统的型别，从而提高系统的稳态精度。稳态精度。五、比例五、比例积分积分微分微分(PID)控制控制动态结构图动态结构图 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正传递函数传递函数 pi11X sKsE sTs PID控制器的作用：控制器的作用：PID

13、具有具有PD和和PI双重作用，能够较全面地双重作用，能够较全面地提高系统的控制性能。提高系统的控制性能。PID控制器除了提高控制器除了提高系统型别之外，还提供了两个负实零点，系统型别之外，还提供了两个负实零点，从而较从而较PI控制器在提高系统的动态性能方控制器在提高系统的动态性能方面有更大的优越性。因此，在工业控制设面有更大的优越性。因此，在工业控制设计中，计中，PID控制器得到了非常广泛的应用。控制器得到了非常广泛的应用。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正6.4 常用串联校正网络常用串联校正网络 一、超前校正网络和滞后校正网络一、超前校正

14、网络和滞后校正网络 常用的串联校正网络的传递函数一般形式为常用的串联校正网络的传递函数一般形式为 1c1mjjniiKszGssp 当校正网络为当校正网络为1阶时，传递函数为阶时，传递函数为 | |cK szGszpsp 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正校正网络的频率特性函数为校正网络的频率特性函数为 c1jjjj/11jj/11jKzGpzKKzpp 相频特性曲线为相频特性曲线为 arctanarctan 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正最大超前相角最大超前相角 对应的角频率对应的

15、角频率m1zp m1sin1 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正相角滞后校正网络相角滞后校正网络(或称迟后校正网络或称迟后校正网络) 传递函数为传递函数为 cszGssp 滞后校正网络的频率特性为滞后校正网络的频率特性为cj1(j )j1G 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正滞后校正网络的伯德图滞后校正网络的伯德图自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正二、用伯德图方法设计超前校正网络二、用伯德图方法设计超前校正网络设计步骤如下：设计步骤如

16、下：(1) 绘制未校正系统的伯德图，计算相角裕绘制未校正系统的伯德图，计算相角裕度，判定是否满足要求，是否需要引入合度，判定是否满足要求，是否需要引入合适的超前校正网络适的超前校正网络Gc(s)；(2) 确定所需的最大超前相角确定所需的最大超前相角 m;(3) 利用利用 ，计算，计算 ；m1sin1 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(4) 计算计算10lg ，在未校正系统的幅值增益曲线，在未校正系统的幅值增益曲线上，确定与上，确定与10lg 对应的频率。当对应的频率。当 = c= m时，时，超前校正网络能提供超前校正网络能提供10lg (

17、dB)的幅值增量，的幅值增量，因此，经过校正后，原有幅值增益为因此，经过校正后，原有幅值增益为10lg 的的点将变成新的与点将变成新的与0dB线的交点，对应频率就是线的交点，对应频率就是新的交接频率新的交接频率 c= m ；(5) 计算极点频率计算极点频率 和零点频率和零点频率 。mp mpz 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(7) 确定系统的增益，以保证系统的稳态精确定系统的增益，以保证系统的稳态精度，抵消由超前校正网络带来的衰减度，抵消由超前校正网络带来的衰减1/ 。(6) 绘制校正后的闭环系统伯德图，检查系绘制校正后的闭环系统伯德图

18、，检查系统是否满足要求。若不满足要求，则需重新统是否满足要求。若不满足要求，则需重新设计；设计；自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正例例 二阶单位负反馈控制系统，开环传递二阶单位负反馈控制系统，开环传递函数为函数为 2KG ss s 给定的设计要求为：系统的相角裕度不小给定的设计要求为：系统的相角裕度不小于于40，系统斜坡响应的稳态误差为，系统斜坡响应的稳态误差为5%。解：解： 由稳态误差的设计要求可知，系统的静由稳态误差的设计要求可知，系统的静态速度误差系数应该为态速度误差系数应该为Kv=20，于是未于是未校正系统的开环频率特性函数为校正系

19、统的开环频率特性函数为 20jj0.5j1j0.5j1vKG 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正所需的超前相角至少为所需的超前相角至少为(40 -18 )=22 设超前相角为设超前相角为30 , 对应有：对应有：6.2c 018 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正m1sinsin300.531 10lg =4.8 dB，在在G(s)的伯德图上，确定与的伯德图上，确定与-4.8 dB对应的频率，有对应的频率，有 m=8.4 rad/s，可以，可以得到得到 0.068，而，而|z|=4.8，

20、|p|=14.4，于是得，于是得到接入超前校正网络后的系统传递函数到接入超前校正网络后的系统传递函数G(s)为为c020 14.8( )( )( )(0.51) 114.4sG sG s G ssss 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正系统校正前后的阶跃响应系统校正前后的阶跃响应自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正三、用伯德图设计滞后校正网络三、用伯德图设计滞后校正网络设计步骤：设计步骤：(1) 根据稳态误差的设计要求，确定原系统的根据稳态误差的设计要求，确定原系统的增益增益K，画出伯德图

21、；，画出伯德图；(2) 计算原系统的相角裕度，如不满足要求，计算原系统的相角裕度，如不满足要求，则进行下面的设计步骤；则进行下面的设计步骤；(3) 计算能满足相角裕度设计要求的交接频率计算能满足相角裕度设计要求的交接频率 c 。计算期望交接频率时。计算期望交接频率时, 考虑滞后校正网络考虑滞后校正网络引起的附加滞后相角。工程上该滞后相角的预引起的附加滞后相角。工程上该滞后相角的预留值取留值取5 ：自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(4) 配置零点。该零点频率一般比预期交接频配置零点。该零点频率一般比预期交接频率小率小10倍频程倍频程;(5)

22、 根据根据 c 和定原系统对数幅频特性曲线，确和定原系统对数幅频特性曲线，确定增益衰减；定增益衰减；(6)在在 c 处，滞后校正网络产生的增益衰减为处，滞后校正网络产生的增益衰减为20lg 。由此确定。由此确定 值；值；(7) 计算极点计算极点 p=1/ = z/ ；(8) 验证结果。如不满足要求，重新进行步骤验证结果。如不满足要求，重新进行步骤 (3)(8)。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正由于超前校正和滞后校正各有优点，有时由于超前校正和滞后校正各有优点，有时会把超前校正和滞后校正综合起来应用，会把超前校正和滞后校正综合起来应用，这种

23、校正网络称为滞后这种校正网络称为滞后超前校正网络。超前校正网络。滞后滞后超前校正网络的伯德图超前校正网络的伯德图自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正 工程上常用的校正方法通常是把一个高阶工程上常用的校正方法通常是把一个高阶系统近似地简化成低阶系统，并从中找出少数系统近似地简化成低阶系统，并从中找出少数典型系统作为工程设计的基础，通常选用二阶、典型系统作为工程设计的基础，通常选用二阶、三阶典型系统作为预期典型系统。只要掌握典三阶典型系统作为预期典型系统。只要掌握典型系统与性能指标之间的关系，根据设计要求，型系统与性能指标之间的关系，根据设计要求

24、，就可以设计系统参数，进而把工程实践确认的就可以设计系统参数，进而把工程实践确认的参数推荐为参数推荐为“工程最佳参数工程最佳参数”，相应的性能确，相应的性能确定为典型系统的性能指标。根据典型系统选择定为典型系统的性能指标。根据典型系统选择控制器形式和工程最佳参数，据此进行系统电控制器形式和工程最佳参数，据此进行系统电路参数计算。路参数计算。6.5 常用的串联校正方法常用的串联校正方法 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正闭环传递函数为闭环传递函数为 2n22nn2sss n/12K TKT nn212KT 典型二阶系统开环传递函数为典型二阶系

25、统开环传递函数为 2nn12KG ss Tss s 一一、二阶典型系统二阶典型系统自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正1.二阶典型系统的最优模型二阶典型系统的最优模型 条件：条件： 20.7072 得到最优模型的校正条件为得到最优模型的校正条件为 1122TKKT或代入代入 12 KT 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正snbncn2cc%4.3%34.2,0.70763.42vtTKK 最优模型的性能指标为：最优模型的性能指标为： 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设

26、计与校自动控制系统的设计与校正正2. 二阶最优模型的综合校正方法二阶最优模型的综合校正方法 (1) 系统固有部分特性是一惯性环节：系统固有部分特性是一惯性环节： 101( )1KG sT s 按二阶典型系统应串入积分控制器按二阶典型系统应串入积分控制器即即 ci1( )G sT s则则 10ci1111KKG sGs GsTs T ss Ts式中式中 11iKKTTT自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正应满足最优条件应满足最优条件11i1122TTKKT即即 i112TTK因此因此 i1 12TK T自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自

27、动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(2) 系统固有部分是两个串联的惯性环节系统固有部分是两个串联的惯性环节 101212()11KGsTTT sT s使其化成二阶典型系统，则需采用使其化成二阶典型系统，则需采用PI控制器控制器 pici1KTsGsTs 选参数时把时间常数大的环节消去，即选参数时把时间常数大的环节消去，即 i1TT 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正因此因此 1pi0c2/( )11K KTKG sG s Gss T ss Ts根据最优条件：根据最优条件： 12TK 21pi12TK KT 即即 则得则得 121

28、p2TTK K 1p122TKK T 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(3) 系统固有部分由一个大时间常数的惯性环系统固有部分由一个大时间常数的惯性环节和若干个小时间常数的惯性环节串联组成：节和若干个小时间常数的惯性环节串联组成： 1012( )111nKG sT sT sT s 式中式中 123,1,2,3,TTTin把小时间常数的惯性环节合并成一个把小时间常数的惯性环节合并成一个“等等效效”的惯性环节，即的惯性环节，即 23nTTTT 则则 10111KGsT sT s (1)自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计

29、与校自动控制系统的设计与校正正(3) 系统固有部分为典型二阶系统系统固有部分为典型二阶系统, ,但不符合最优条件，遇到这种情况要根据要但不符合最优条件，遇到这种情况要根据要求的性能指标来具体的进行校正。求的性能指标来具体的进行校正。 101( )1KG ss T s 如如T1满足快速性的要求满足快速性的要求( (ts=4.2T1) )稳态精稳态精度不作要求时，只要调整度不作要求时，只要调整K1使之符合最优使之符合最优条件即可。条件即可。 即即 111122KKTT自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正若此时若此时T1满足要求，而满足要求，而K1

30、不符合要求不符合要求(即即稳态精度不满足指标稳态精度不满足指标)，首先使，首先使K1增大到增大到K使使之符合指标要求。之符合指标要求。 101( )1KG ss T s c1c11KT sGsTs 因此因此 c11c111111K KT sK KG ss T sTss Ts 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正根据最优条件：根据最优条件： c11122TKK KK1为已知，为已知，Kc为增大的倍数，即根据指标为增大的倍数，即根据指标决定的数据，亦为已知，则决定的数据，亦为已知，则K=K1Kc为已知，为已知，所以所以T即可求出。即可求出。 自动

31、控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正如如T1不满足要求，不满足要求，K1亦不满足要求，首先亦不满足要求，首先应使应使T1满足指标要求，然后在使满足指标要求，然后在使K1符合要求符合要求即可；或者先满足即可；或者先满足 K1再满足再满足T1，这要根据这要根据具体情况而定。具体情况而定。注意注意: : 一定要使各项指标都满足要求。一定要使各项指标都满足要求。 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(5) 系统固有部分传递函数系统固有部分传递函数: 10123111KGsT sT sT s 式中式中 1

32、23TTTT3亦可以是许多小时间常数的等效时间常亦可以是许多小时间常数的等效时间常数，此时，应采用数，此时，应采用PID控制器：控制器： c12c11KssGss 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正令令11223c13c1 3112212TTTTKK KTTKK T 则则自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正二、三阶典型系统校正法二、三阶典型系统校正法 典型三阶系统模型的开环传递函数为典型三阶系统模型的开环传递函数为 0122(1)( )(1)K T sG ss T s 开环开环伯德图伯德图

33、为为1 2 定义定义为中频段宽度为中频段宽度 2112ThT 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正1. 具有最佳频比的典型三阶系统具有最佳频比的典型三阶系统 最佳频比最佳频比: :当系统参数满足以下两式时，当系统参数满足以下两式时，所对应的闭环所对应的闭环Mr值最小。值最小。具有最佳频比的典型三阶模型为具有最佳频比的典型三阶模型为 2222221121hT shG sh TsT s 2cc12112hhh c0c120lg40lg20lg0K 由由得到得到022212hKh T 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自

34、动控制系统的设计与校正正考虑到参考输入和扰动输入两方面的性能考虑到参考输入和扰动输入两方面的性能指标，通常取中频宽度指标，通常取中频宽度h=5。 (1)若未校正系统传递函数为若未校正系统传递函数为 2021KGss T s 可采用可采用PI控制器控制器 cPI11GsKT s参数设定为参数设定为 PI2221,2hKThTK hT 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正(2)若未校正系统传递函数为若未校正系统传递函数为 202323()11KGsTTs T sT s可采用可采用PID控制器控制器 cpDI11GsKT sT s参数设定为参数设定

35、为 23P23D222223I231,2hT ThKhTTTh K ThTTThTT 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正2具有最大相角裕度的典型三阶系统具有最大相角裕度的典型三阶系统 典型三阶系统的相角裕度为典型三阶系统的相角裕度为 c1c2arctanarctanTT典型典型三阶系统的开环传递函数为三阶系统的开环传递函数为 0122(1)( )(1)K T sG ss T s 调整调整K0，即改变即改变 c使使 取得最大值。设当取得最大值。设当 c= 0 ， 取最大值。取最大值。 由由 对对 c的导数等的导数等于于0，得，得0121221

36、1TThT 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正max1arctan2hh 22001221Kh hTh h 具有最大相角裕度的典型三阶系统为具有最大相角裕度的典型三阶系统为 2222211( )1hT sG ssT sh hT 一般取一般取h=4，T1=4T2， 。02218KT 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正6.6 反馈校正反馈校正 一、一、比例负反馈可以减弱被反馈包围部分的比例负反馈可以减弱被反馈包围部分的惯性，从而扩展其频带惯性，从而扩展其频带比例负反馈包围惯比例负反馈包围惯性

37、环节，其闭环传性环节，其闭环传递函数为递函数为0284 00f00f1111KC sKK KsTTsR ssK K 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正二、速度反馈包围振荡环节，可增加环节的二、速度反馈包围振荡环节，可增加环节的阻尼，有效的减弱阻尼环节的不利影响阻尼，有效的减弱阻尼环节的不利影响系统的闭环系统的闭环传递函数为传递函数为 22nn22t22nnnnn222C ssKR sssss 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正三、反馈校正可以减弱参数变化对系统性能三、反馈校正可以减弱参数

38、变化对系统性能的影响的影响 比较有反馈和无反馈比较有反馈和无反馈时系统输出对参数变时系统输出对参数变化的敏感程度化的敏感程度:对于开环系统对于开环系统 0C sC sGsG sR s即即 C sG s R s 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正对于负反馈包围的局部系统对于负反馈包围的局部系统 001GsG sC sC sR sGsG s 一般情况下，一般情况下，|G0(s)|G(s)|，于是近似有：，于是近似有：0( )( )( )1( )G sG sR sGs 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设

39、计与校正正四、负反馈校正取代局部结构，消除系统不四、负反馈校正取代局部结构，消除系统不可变部分中不希望有的特性可变部分中不希望有的特性 所示局部回路的传所示局部回路的传递函数递函数 1111YsGsXsGs Hs 频率特性：频率特性： 111jjj1jjYGXGH 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正如果在常用的频段内选取：如果在常用的频段内选取： 11jj1GH则在此频段内：则在此频段内： 1j1jjYXH 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正6.7 复合校正复合校正 一、一、附加顺馈补偿

40、的复合校正附加顺馈补偿的复合校正如果实现如果实现全补偿全补偿 ，那么，那么 1C sR s 可以解出可以解出Gc(s)得得 c21GsGs 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正二、附加干扰补偿的复合校正二、附加干扰补偿的复合校正 全补偿的条件：全补偿的条件： n21GsGs 自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正本章小结本章小结 1PID控制规律是工程上常用的校正方法。控制规律是工程上常用的校正方法。超前校正网络可以增大系统的相角裕度，从超前校正网络可以增大系统的相角裕度，从而增大系统稳定性。

41、滞后校正网络可以在保而增大系统稳定性。滞后校正网络可以在保持预期主导极点基本不变的前提下，增大系持预期主导极点基本不变的前提下，增大系统的稳态误差系数，提高系统的精度。超前统的稳态误差系数，提高系统的精度。超前校正会增大系统带宽，而滞后校正会减小系校正会增大系统带宽，而滞后校正会减小系统带宽。统带宽。自动控制原理自动控制原理 第六章第六章 自动控制系统的设计与校自动控制系统的设计与校正正2当系统中有噪声时，系统带宽将会影响当系统中有噪声时，系统带宽将会影响到系统的性能，这种场合采用反馈或复合校到系统的性能，这种场合采用反馈或复合校正会更好。正会更好。3工程上常用的校正方法是二阶、三阶最工程上常用的校正方法是二阶、三阶最优模型综合校正法，这种方法的突出特点是优模型综合校正法，这种方法的突出特点是不需要进行繁琐的作图和计算，而是根据其不需要进行繁琐的作图和计算，而是根据其最优模型条件求取校正网络的参数，便于工最优模型条件求取校正网络的参数，便于工程实现。程实现。