第6章 控制系统的校正及综合PPT讲稿.ppt
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1、第6章控制系统的校正及综合第1页,共92页,编辑于2022年,星期一第6章控制系统的校正及综合l主要内容l控制系统校正的一般概念l串联校正l反馈校正l前馈校正l小结第2页,共92页,编辑于2022年,星期一l学习重点v了解控制系统校正的基本思想方法和过程;v熟练掌握典型串联校正的基本原理及设计方法;v了解三种串联校正的特点和适用范围,掌握基本的校正步骤;v理解和掌握反馈校正的设计思想和校正步骤;v了解引入前馈校正的目的,掌握前馈校正的设计思想。第6章控制系统的校正及综合第3页,共92页,编辑于2022年,星期一6.1控制系统校正的一般概念l1.基本校正方法l按校正装置的连接方式分:l串联校正l
2、反馈(并联)校正l前馈校正第4页,共92页,编辑于2022年,星期一6.1控制系统校正的一般概念l(1)串联校正为了减少校正装置的输出功率,以降低成本和功耗,通常将串为了减少校正装置的输出功率,以降低成本和功耗,通常将串联校正装置安置在前向通道的前端,因为前部信号的功率较小。联校正装置安置在前向通道的前端,因为前部信号的功率较小。串联校正的主要问题是对参数变化的敏感性较强。串联校正的主要问题是对参数变化的敏感性较强。串联校正从设计到具体实现均比较简单,是设计中最常使用的。串联校正从设计到具体实现均比较简单,是设计中最常使用的。第5页,共92页,编辑于2022年,星期一6.1控制系统校正的一般概
3、念l(2)反馈(并联)校正反馈校正的信号是从高功率点传向低功率点,一般不需要附加放大器。反馈校正的信号是从高功率点传向低功率点,一般不需要附加放大器。适当地选择反馈校正回路的增益,可以使校正后的性能主要决定于校适当地选择反馈校正回路的增益,可以使校正后的性能主要决定于校正装置,而与被反馈校正装置所包围的系统固有部分特性无关。正装置,而与被反馈校正装置所包围的系统固有部分特性无关。反馈校正的一个显著的优点,是可以抑制系统的参数波动及非线性因素对系反馈校正的一个显著的优点,是可以抑制系统的参数波动及非线性因素对系统性能的影响。统性能的影响。反反馈馈校正的校正的设计设计相相对较为对较为复复杂杂。第6
4、页,共92页,编辑于2022年,星期一6.1控制系统校正的一般概念l(3)前馈校正按其所取的按其所取的输输入性入性质质的不同,可以分成按的不同,可以分成按给给定的前定的前馈馈校正,如校正,如图图a a所所示,以及按示,以及按扰动扰动的前的前馈馈校正,如校正,如图图b b所示。所示。前前馈馈校正由于其校正由于其输输入取自入取自闭环闭环外,所以不影响系外,所以不影响系统统的的闭环闭环特征方程特征方程式。式。前前馈馈校正是基于开校正是基于开环补偿环补偿的的办办法来提高系法来提高系统统的精度,所以前的精度,所以前馈馈校正一般校正一般不不单单独使用,独使用,总总是和其他校正方式是和其他校正方式结结合合应
5、应用而构成复合控制系用而构成复合控制系统统,以,以满满足某些性能要求足某些性能要求较较高的系高的系统统的需要。的需要。第7页,共92页,编辑于2022年,星期一l2.用频率法校正的特点l用频率法校正控制系统,主要是改变频率特性形状,使之具有合适的高频、中频、低频特性和稳定裕量,以得到满意的闭环品质。l在初步设计时,常常采用波德图来校正系统。l用频率法校正控制系统时,通常是以频率法指标来衡量和调整系统的暂态性能,因而是一种间接的方法。6.1控制系统校正的一般概念第8页,共92页,编辑于2022年,星期一l需要校正的几种基本类型6.1控制系统校正的一般概念 增加低频增益增加低频增益 改善中频段特性
6、改善中频段特性 兼有前两种补偿兼有前两种补偿 第9页,共92页,编辑于2022年,星期一(1)串联引前(微分)校正)串联引前(微分)校正6.2串联校正第10页,共92页,编辑于2022年,星期一l传递函数为l频率特性为6.2串联校正第11页,共92页,编辑于2022年,星期一l校正电路的Bode图如下:6.2串联校正第12页,共92页,编辑于2022年,星期一引前校正的设计步骤:l(1)根据稳态误差的要求确定系统开环放大系数,绘制Bode图,计算出未校正系统的相位裕量和增益裕量。l(2)根据给定相位裕量,估计需要附加的相角位移。l(3)根据要求的附加相角位移确定d。l(4)确定1/Td和d/T
7、d,使校正后中频段(穿过零分贝线)斜率为20dB十倍频,并且使校正装置的最大移相角出现在穿越频率的位置上。l(5)计算校正后频率特性的相位裕量是否满足给定要求,如不满足须重新计算。l(6)计算校正装置参数。6.2 串联校正串联校正第13页,共92页,编辑于2022年,星期一l例6-1一控制系统的传递函数为l要求校正后的系统稳态速度误差系数要求校正后的系统稳态速度误差系数 ,相位裕量,相位裕量 ,确定校正装置传确定校正装置传递函数。递函数。6.2串联校正第14页,共92页,编辑于2022年,星期一l解l由稳态指标的要求,可计算出放大系数K=100。其传递函数为l6.2串联校正第15页,共92页,
8、编辑于2022年,星期一Bode图如下图所示图如下图所示6.2串联校正第16页,共92页,编辑于2022年,星期一l根据系统相位裕量 的要求,微分校正电路最大相位移应为l6.2串联校正第17页,共92页,编辑于2022年,星期一l考虑,则原系统相角位移将更负些,故应相应地加大。今取,于是可写出l6.2串联校正第18页,共92页,编辑于2022年,星期一l设系统校正后的穿越频率 为校正装置(010特性)两交接频率 和 的几何中点(考虑到最大引前相位移 是在两交接频率 和 的几何中点),即l6.2串联校正第19页,共92页,编辑于2022年,星期一6.2串联校正第20页,共92页,编辑于2022年
9、,星期一l校正后的系统传递函数为l6.2串联校正第21页,共92页,编辑于2022年,星期一l校验校正后相位裕量l所得结果满足系统的要求。所得结果满足系统的要求。6.2串联校正第22页,共92页,编辑于2022年,星期一l串联校正装置传递函数为l可以用相位引前校正电路和放大器来实现。放大器可以用相位引前校正电路和放大器来实现。放大器的放大系数等于的放大系数等于 6.2串联校正第23页,共92页,编辑于2022年,星期一(2)串联滞后(积分)校正)串联滞后(积分)校正6.2串联校正第24页,共92页,编辑于2022年,星期一l传递函数为6.2串联校正第25页,共92页,编辑于2022年,星期一l
10、频率特性为6.2串联校正第26页,共92页,编辑于2022年,星期一l校正电路的Bode图如下:6.2串联校正第27页,共92页,编辑于2022年,星期一积分校正设计步骤:l(1)根据稳态误差的要求确定系统开环放大系数,再用这一放大系数绘制原系统的Bode图,计算出本校正系统的相位裕量和增益裕量。l(2)根据给定相位裕量,增加515的补偿,估计需要附加的相角位移,找出符合这一要求的频率作为穿越频率l(3)确定出原系统在处幅值下降到零分贝时所必需的衰减量。使这一衰减量等于-20lgi,从而确定i的值。l(4)选择21/T,低于一到十倍,计算12/i。l(5)计算校正后频率特性的相位裕量是否满足给
11、定要求,如不满足须重新计算。l(6)计算校正装置参数。6.2 串联校正串联校正第28页,共92页,编辑于2022年,星期一l例6-2系统原有的开环传递函数为l要求校正后的系统稳态速度误差系数要求校正后的系统稳态速度误差系数 ,相位裕量,相位裕量 ,确定校正装置传确定校正装置传递函数。递函数。6.2串联校正第29页,共92页,编辑于2022年,星期一l解:1)由稳态指标的要求,确定放大系数K。原系统开环传递函数原系统开环传递函数为为6.2串联校正因为因为所以所以2)绘制原系统的频率特性,计算相位裕量。)绘制原系统的频率特性,计算相位裕量。第30页,共92页,编辑于2022年,星期一Bode图如下
12、图所示图如下图所示6.2串联校正第31页,共92页,编辑于2022年,星期一l3)在Bode图选取满足要求的 。l按相位裕量 的要求,并考虑校正装置在穿越频率附近造成的相位迟后的影响,再增加15的补偿裕量,故预选 ,取与 相应的频率 为校正后的穿越频率。6.2串联校正第32页,共92页,编辑于2022年,星期一l4)由公式计算求得对应穿越频率 的对数幅频特性增益为21.4dB,则得 l6.2串联校正第33页,共92页,编辑于2022年,星期一l5)预选交接频率 ,另一交接频率为另一交接频率为 6.2串联校正即即第34页,共92页,编辑于2022年,星期一则校正装置的传递函数为则校正装置的传递函
13、数为 6.2串联校正第35页,共92页,编辑于2022年,星期一l6)校正后系统开环传递函数为l计算相位裕量计算相位裕量 6.2串联校正第36页,共92页,编辑于2022年,星期一而而 ,所以,所以 满足系统所提出的要求。满足系统所提出的要求。由公式可以求得其增益裕量为由公式可以求得其增益裕量为14dB14dB。6.2串联校正第37页,共92页,编辑于2022年,星期一l7)校正装置选择l如选如选 ,6.2串联校正则则第38页,共92页,编辑于2022年,星期一(3)串联滞后)串联滞后-引前(积分引前(积分-微分)校正微分)校正6.2串联校正第39页,共92页,编辑于2022年,星期一l校正电
14、路传递函数为6.2串联校正第40页,共92页,编辑于2022年,星期一l校正电路频率特性为6.2串联校正第41页,共92页,编辑于2022年,星期一l校正电路的Bode图:6.2串联校正第42页,共92页,编辑于2022年,星期一l例6-3一系统的开环传递函数为l试确定滞后试确定滞后-引前校正装置,使系统满足下引前校正装置,使系统满足下列指标:速度误差系数列指标:速度误差系数 ,相位裕量,相位裕量 ,增益裕量,增益裕量 。6.2串联校正第43页,共92页,编辑于2022年,星期一l解:l根据稳态速度误差系数的要求,可得原系统开环传递函数原系统开环传递函数为为6.2串联校正第44页,共92页,编
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