合肥工业大学自动控制理论课件6-3.方案优秀PPT.ppt

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1、6.5 串串联联校正：校正：频频域域综综合法合法综综合法（希望特性法）的基本思想：合法（希望特性法）的基本思想：从从闭环闭环系系统统性能与开性能与开环频环频率特性率特性亲亲密相关密相关这这一概念一概念动动身，依据身，依据规规定的性能定的性能指指标标要求，首先确定系要求，首先确定系统统希望的开希望的开环频环频率特性曲率特性曲线线形形态态，然后与系，然后与系统统原有原有开开环频环频率特性曲率特性曲线线相比相比较较，从而确定串，从而确定串联联校正装置的校正装置的传递传递函数形式和参数。函数形式和参数。校正后的开环频率特性-串联校正系统：1.根据性能指标要求，确定系统希望的开环对数幅频特性 ；装置的对

2、数幅频特性曲线 ，可求得其传递函数。2.根据 ，确定串联校正校正步校正步骤骤：6.5.1 绘绘制希望的开制希望的开环频环频率特性率特性 中中频频段段低低频频段段高高频频段段低中低中频频段的段的衔衔接段接段中高中高频频段的段的衔衔接段接段依据三频段特性分析，对于一个最小相位系统，开环幅频特性的低频段反映了闭环系统的稳态精度；高频段反映了系统的抗高频干扰的实力；中频段则反映了系统的瞬态性能。绘制希望的开环幅频特性，关键是如何依据瞬态指标绘制开环幅频特性的中频段。1.希望开希望开环频环频率特性的参数与性能指率特性的参数与性能指标标的关系：的关系：希望的开希望的开环对环对数幅数幅频频曲曲线线中中频频段

3、的形状一般段的形状一般为为：中频宽H：可以证明：使 最小的“最佳频比”为或所以所以选择选择：或或另外：（1）依据对系统稳态精度的要求，确定开环积分环节个数和开环增益，绘制希望特性曲线的低频段；（2）依据动态响应速度、超调量、稳定裕量、中频区宽度要求，确定截止频率及中频区上下限角频率，绘制希望特性曲线的中频段，保证中频段的斜率为-20；（3）绘制希望特性低、中频段之间的连接频段，其斜率一般为-40；（4）依据系统对幅值裕量和抗高频噪声的要求，绘制希望特性曲线的高频段；（5）绘制希望特性中、高频段之间的连接频段，其斜率一般取-40；（6）对求出的希望特性进行性能指标验算，并对特性曲线的转折频率作必

4、要的调整 2.典型形式的希望典型形式的希望对对数幅数幅频频特性的确定特性的确定6.5.2 频频域域综综合法合法设计设计串串联联校正装置校正装置 串联综合法校正的设计步骤如下：（4）验证系统校正后的性能指标；（5）考虑串联校正装置的物理实现。（1）根据稳态性能指标要求，绘制满足稳态指标的待校正系统的开环对数幅频特性 ；（2）根据稳态和动态指标，绘制希望的开环对数幅频特性曲线 ，其低频段与 低频段重合；（3）由 确定串联校正装置的对数幅频特性，求出校正装置的传递函数；例例6-10 单位负反馈系统的开环传递函数为 试用综合法设计串联校正装置，使系统满足 解解（1）取 ，画未校正系统的开环对数幅频特性

5、曲线。未校正系统的截止频率 。低低频频段：段：（2）绘希望特性曲线：中中频频段及段及连连接接频频段：段：对对数曲数曲线线希望特性仍为I型系统，低频段斜率为 ，与 的低频段重合。首先将 及 转换为相应的频域指标所以应有：经过 处，作斜率为 的直线，交 于 处，取 ，。在中频段与过 的横轴垂线的交点上，作斜率为 的直线，交希望特性的低频段于 处。高高频频段及段及连连接接频频段：段：希望特性的参数为：由于对高频段没有提出要求，故在 的高频段，取希望特性与未校正系统的特性重合。这样，可使得到的校正装置尽可能简单。对对数曲数曲线线（3）在博德图上求出曲线 ，写出串联校正装置传递函数（4）验算性能指标。校

6、正后系统开环传递函数校正后的指标：对对数曲数曲线线返回返回6.6 串串联联校正：校正：PID限制器的工程限制器的工程设计设计方法方法在工程实际应用中，大多数工业限制系统接受PID限制器或者各类改进的PID限制器。常规PID限制器是由比例（P）、积分（I）、微分（D）三种基本限制规律组合成的。大多数PID限制器的参数是在工业现场进行整定，人们已经总结出很多不同形式的参数整定规则。尤其是，当被控对象的数学模型未知或模型不精确时，无法接受分析法和综合法设计校正装置，这时运用PID限制器进行校正是有效的。由于PID限制器的广泛运用，已经形成了大量的商业产品供选择。本节介绍PID限制器的工程设计方法。6

7、.6.1 PID 限制限制规规律律具有比例限制规律的限制器，称为P限制器。在串联校正中，加大限制器增益，可以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差，从而提高系统的限制精度；但系统开环增益的增加，降低了系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。（1）P限制器限制器（2）PD限制器限制器具有比例-微分限制规律的限制器，称为PD限制器。PD限制器中的微分限制规律，能反应输入信号的变更趋势，产生有效的早期修正信号，可以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正中，引入PD限制器后系统增加了一个开环零点，使系统的相角裕度提高，有助于改善系统的动态性能。0PD控制器控制器超前网络超前网络PD

8、限制器的作用在确定频段内相当于超前校正网络。（3）PI限制器限制器具有比例-积分限制规律的限制器，称为PI限制器。在串联校正中，PI限制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点和一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，改善系统的稳态性能；而增加的开环零点则用来提高系统的阻尼程度。在限制工程实践中，PI限制器主要用来改善限制系统的稳态性能。PI控制器控制器滞后网络滞后网络0PI限制器的作用在确定频段内相当于滞后校正网络（4）PID限制器限制器具有比例-积分-微分限制规律的限制器，称为PID限制器。-PID限制器的作用在确定频段内相当于滞后超前校正网络。PID限制器除可

9、使系统的型别提高一级外，还为系统供应了两个负实零点。与PI限制器相比，除了同样具有提高系统稳态性能的优点外，还多供应了一个负实零点，在提高系统的动态性能方面具有更大的优越性。PI控制器控制器0 PID串串联联校正的工程校正的工程设计设计方法方法典型典型型型典型典型型型（闭环闭环二二阶阶系系统统）（闭环闭环三三阶阶系系统统）校正装置一般校正装置一般选择选择：P限制器限制器,PI限制器限制器,PID限制器限制器工程设计法是在综合法的基础上，将希望特性进一步规范化和简洁化。对于一般二阶以上系统，模型参数与性能指标之间的关系难以确定，工程上往往规定一些典型系统（例如典型型、典型型），这些系统的参数与性

10、能指标之间有确定的关系。通常将希望的开环传递函数规范为：常用的工程设计方法有三三阶阶最佳最佳设计设计法法和最小最小Mr 设计设计法法。1.三三阶阶最佳最佳设计设计方法方法 取希望的开环传递函数为典型型（1）若待校正系统 则可选择PI限制器以能取得最大相角裕量，并有尽可能快的响应速度为目标，来选择希望特性的参数。取（2）待校正系统 则可选择PID限制器校正后的系统 待校正系统为其它状况时，在确定条件下可以近似作为以上两种状况处理。PI限制器参数 校正后的系统 2.最小最小 设计设计方法方法 希望的开环传递函数形式 希望特性参数的选择是使闭环系统具有 最小值。参数选择公式一般为 选择限制器形式、计

11、算限制器参数的方法与三阶最佳设计方法相同。例例6-11 设单位负反馈未校正系统的开环传递函数为 试用工程设计方法确定串联PID限制器。解：解：（1）分析未校正系）分析未校正系统统的性能的性能 未校正系统为过阻尼二阶系统，由于未校正系统为型系统，在斜坡输入信号作用下必定存在稳态误差。因此，可考虑接受工程设计法，将系统校正为型系统。（2）接受三）接受三阶阶最佳最佳设计设计方法方法 本例属于三阶最佳设计方法中的第一种状况 可选PI限制器作为串联校正装置，其参数为 校正后的开环传递函数 选PI限制器作为串联校正装置，参数为（3）采用最小）采用最小 设计设计方法方法 校正后的开环传递函数PID限制器的参数整定方法限制器的参数整定方法大多数PID限制器的参数是在工业现场进行整定，人们已经总结出很多不同形式的参数整定方法。例如，常用的工程整定方法：动态特性参数法 稳定边界法（临界比例度法）阻尼振荡法（衰减曲线法）现场阅历整定法（试凑法）参数自整定方法