控制工程基础-第五章-控制系统的校正优秀PPT.ppt

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1、结构不稳定系统及其改进实例：仅仅调整参数无法稳定的系统称为结构不稳定系统。-杠杆和放大器的传递函数执行电机的传递函数进水阀门的传递函数限制对象水箱的传递函数例：如图所示的液位限制系统1闭环传递函数为：令：闭环特征方程为：展开为：方程系数：由于 ，不满足系统稳定的必要条件，所以系统是不稳定的。这也可从劳斯表看出。劳斯表：由于无论怎样调整参数K和T都不能使系统稳定，所以是一个结构不稳定的系统。欲使系统稳定，必需变更原系统的结构。2引入开环零点（比例微分）稳定的充分必要条件为：即 即3第一节 概述n一、定义：n 在原有系统中，有目的的增加一些装置和元件，人为地变更系统的结构和性能，使之满足所须要的性

2、能指标，这种方法称为“系统校正”（system compensation)。增加的装置和元件称为校正装置和校正元件。n二、校正方式n 依据校正装置在限制系统中的位置，最基本的校正方式有两种，即串联校正和反馈校正（也称并联校正）。若将两种校正结合称为复合校正。41、串联校正方式n将校正装置串联在反馈限制系统的前向通道中。n校正装置的作用：实现各种限制规律，以改善限制系统的性能，因此常称为限制器。+-Xi()sGc()sH(s)Xo()sG()s2校正环节校正环节5 依依据据所所起起的的作作用用不不同同，串串联联校校正正装装置置可分为：可分为：n 相位超前校正装置n 相位滞后校正装置n 相位滞后-

3、超前校正装置62、反馈校正方式n将校正装置接于局部反馈通道中构成。n优点：可大大提高系统的相对稳定性，有效减弱非线性因素的不良影响，降低系统对参数变更的敏感度，显著改善系统抑制扰动的实力。+-Xi()sXo()s+G1()sG()s2 G()scG()s3-G()s2*校正环节校正环节7三、校正装置n分类分类n 依据动力源和信号性质不同，校正装置依据动力源和信号性质不同，校正装置分为电气的、气动的、液压的以及机械的等，分为电气的、气动的、液压的以及机械的等，其中应用最广泛的是电气校正网络。其中应用最广泛的是电气校正网络。n 依据电气校正装置是否运用电源，其又依据电气校正装置是否运用电源，其又可

4、分为以下两种：无源校正装置、有源校正装可分为以下两种：无源校正装置、有源校正装置。置。n 81 1、无源校正装置、无源校正装置n 构成：由电阻和电容组成的两端口网络。构成：由电阻和电容组成的两端口网络。n 特点：特点：n 无无需需外外供供电电源源，线线路路简简洁洁，组组合合便便利利，成成本本 低低。但但本本身身没没有有增增益益，且且输输入入阻阻抗抗低低，输输出出阻阻抗抗高。高。n 输入、输出阻抗与系统性能：输入、输出阻抗与系统性能：92 2、有源校正装置、有源校正装置n 构成：由运算放大器和无源网络组成。构成：由运算放大器和无源网络组成。n 特点：特点：n 输输入入阻阻抗抗高高，输输出出阻阻抗

5、抗低低；可可以以供供应应所所须须要要的增益；设计、参数调整便利，运用敏捷等。的增益；设计、参数调整便利，运用敏捷等。n 10其次节 PID限制PIDPID限限制制（Proportional-Integral-Differential Proportional-Integral-Differential ControlControl）：即比例、积分和微分限制的简称。）：即比例、积分和微分限制的简称。在在当当今今应应用用的的工工业业限限制制器器中中，半半数数以以上上接接受受了了PIDPID或或变变形形PIDPID限限制制方方案案。PIDPID限限制制器器分分为为模模拟拟和和数数字字限限制制器器两两

6、种种。模模拟拟PIDPID限限制制器器通通常常是是电电子子、气气动动或或液液压压型型的的，数数字字PIDPID限限制器是由计算机实现的。制器是由计算机实现的。大大多多数数PIDPID限限制制器器的的参参数数是是现现场场调调整整的的。PIDPID限限制制的的价价值值在在于于它它对对于于大大多多数数限限制制系系统统的的广广泛泛适适应应性性，虽虽然然在在很很多多给定的状况下还不能供应最佳限制。给定的状况下还不能供应最佳限制。11 下图表示了一种限制对象的PID限制。它是串联在系统的前向通道中的，这是一种最常见的形式。PID限制器的时域表达式为：式中，u(t)是PID限制器的输出信号，e(t)是PID

7、限制器的输入信号，也就是系统的误差信号。kp称为比例系数，Ti、Td分别称为积分和微分时间常数。-PID控制器控制对象12 上页所示的PID表达式(6.1)即是通常所说的常规PID限制器。常规PID限制器可以接受多种形式进行工作。主要有以下几种，分别称为：q 比例控制器：q 比例-积分控制器：q比例-微分控制器：q比例-积分-微分控制器：在某些特殊的状况下，PID限制器可以进行适当的变形，以适应系统限制的要求。这些限制器称为变形的PID限制器。比如，积分分别PID限制器，变速PID限制器，微分先行PID限制器，抗饱和PID限制器，Fuzzy PID限制器等形式。13v PID控制器的传递函数如

8、下：v PID控制器的结构图如下：-控制对象v PID控制器在控制系统中的应用：14 比例部分：增加比例系数可加快系统的响应速度，减小稳态误差；但比例系数太大会影响系统的稳定性。积分部分：积分时间常数越小，积分作用越强。积分限制作用可以消退系统的稳态误差；但积分作用太大，会使系统的稳定性下降。微分部分：微分时间常数越大，微分作用越强。微分作用能够反映误差信号的变更速度。变更速度越大，微分作用越强，从而有助于减小振荡，增加系统的稳定性。但是微分作用对高频误差信号（不管幅值大小）很敏感。假如系统存在高频小幅值的噪音，则它形成的微分作用可能会很大，这是不希望出现的。PID限制器每一部分对限制系统的作

9、用：15第三节 串联校正一、比例校正R(s)C(s)_kcGcG1降低增益k后：1、相对稳定性改善；2、穿越频率c降低，ts增大，系统快速性变差；3、稳态误差增大，系统稳态精度降低。16二、比例-微分(PD)校正（相位超前校正）R(s)_GcC(s)G1PD校正后：1、相对稳定性提高；2、穿越频率增大，系统的快速性提高；3、系统的高频增益增大，易引入高频干扰；4、对稳态精度不产生干脆影响。17三、比例-积分(PI)校正（相位滞后校正）PI校正后：1、低频段0型 I型，系统稳态性能提高；2、中频段，系统的相对稳定性变差；3、高频段，校正前后对系统的性能影响不大。R(s)_GcC(s)G118第三

10、节 反馈校正 一、特点一、特点 变更反馈所包围环节的动态结构和参数，变更反馈所包围环节的动态结构和参数，消退所包围环节的参数波动对系统性能的影响。消退所包围环节的参数波动对系统性能的影响。+-Xi()sXo()s+G1()sG()s2 G()scG()s3-G()s2*校正环节校正环节19在一定频率范围内，选择则有：所以 的影响可以忽视，即局部回路的特性完全取决于 。n 取代特性不好的局部结构。设局部环节传函如下：20二、反馈校正的形式位置反馈（比例反馈）：速度反馈（微分反馈）：加速度反馈（二阶微分反馈）：+-Xi()sXo()s+G1()sG()s2 G()scG()s3-G()s2*校正环

11、节校正环节21三、位置反馈校正(比例反馈校正)校正后：结构不变，但增益降低。+-Xi()sXo()skkc1、包围比例环节222、包围积分环节 校正后：校正后：(1)由积分环节变成了惯性环节由积分环节变成了惯性环节(变更了型次变更了型次)；(2)积分环节消逝，无静差积分环节消逝，无静差有静差，稳态性能变有静差，稳态性能变差。差。+-Xi()sXo()sskkc233、包围惯性环节反馈系数kc越大，闭环增益和时间常数下降越多。+-Xi()sXo()sTs+1kkc（2）增益下降，由k 降为:（1）仍为惯性环节，但时间常数下降，由T 降为:反馈校正后:24四、速度反馈校正(微分反馈校正)校正后：比例变成惯性，增益不变。校正后：比例变成惯性，增益不变。1、包围比例环节+-Xi()sXo()skkcs252、包围积分环节 校正后：仍为积分环节，但增益减小。校正后：仍为积分环节，但增益减小。+-Xi()sXo()sssB()skck26