浙江大学自动控制理论课第六章控制系统的校正.ppt

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1、第六章第六章控制系统的校正控制系统的校正作者：浙江大学 邹伯敏 教授 自动控制理论自动控制理论普通高等教育普通高等教育普通高等教育普通高等教育“九五九五九五九五”部级重点教部级重点教部级重点教部级重点教材材材材12/29/20221第六章 控制系统的校正第一节第一节 引言引言自动控制理论自动控制理论控制系统校正的方法控制系统校正的方法图图6-26-2校正装置的种类校正装置的种类（1）有源校正装置）有源校正装置（2）无源校正装置）无源校正装置12/29/20222第六章 控制系统的校正第二节第二节 超前校正的装置超前校正的装置超前校正的装置超前校正的装置图图6-3自动控制理论自动控制理论12/2

2、9/20223第六章 控制系统的校正图图6-4图图6-5自动控制理论自动控制理论12/29/20224第六章 控制系统的校正图图6-66-6自动控制理论自动控制理论基于根轨迹法的超前校正基于根轨迹法的超前校正例例6-1 已知已知要求校正后系统的要求校正后系统的=0.5，n=4解：解：1）对原系统分析）对原系统分析图图6-912/29/20225第六章 控制系统的校正2）确定希望的闭环极点）确定希望的闭环极点自动控制理论自动控制理论3）计算超前校正装置在）计算超前校正装置在sd处产生的超前角处产生的超前角4）确定超前校正装置的零、极点）确定超前校正装置的零、极点12/29/20226第六章 控制

3、系统的校正5）求）求K和和Kv值值图图6-10 超前校正装置超前校正装置自动控制理论自动控制理论6）检验极点）检验极点sd是否对系统的动态起主导作用是否对系统的动态起主导作用图图6-11 校正后系统的框图校正后系统的框图12/29/20227第六章 控制系统的校正基于频率响应法的超前校正基于频率响应法的超前校正例例6-2 已知已知系数系数Kv=20s-1，r=50，20lgKg=10dB解：解：自动控制理论自动控制理论，要求校正后系统的静态速度误差，要求校正后系统的静态速度误差1）调整开环增益）调整开环增益K，满足，满足Kv的要求的要求12/29/20228第六章 控制系统的校正2）绘制校正前

4、系统的伯特图，由图得）绘制校正前系统的伯特图，由图得自动控制理论自动控制理论图图6-12 校正前和校正后系统的伯德图校正前和校正后系统的伯德图3）计算相位超前角和）计算相位超前角和值值4）确定）确定Gc(s)的零、极点的零、极点12/29/20229第六章 控制系统的校正自动控制理论自动控制理论5）校正后系统的开环传递函数）校正后系统的开环传递函数图图6-13 校正后系统的方框图校正后系统的方框图串联校正的主要特点串联校正的主要特点1）利用超前校正装置的相位超前特性对系统进行动态校正）利用超前校正装置的相位超前特性对系统进行动态校正2）超前校正会使系统瞬态响应的速度变快）超前校正会使系统瞬态响

5、应的速度变快3）超前校正一般适用于系统的稳态精度能满足要求而其动态性能）超前校正一般适用于系统的稳态精度能满足要求而其动态性能需要校正的场合需要校正的场合12/29/202210第六章 控制系统的校正第三节第三节 滞后校正滞后校正滞后校正的装置滞后校正的装置图图6-14 滞后校正装置的伯德图滞后校正装置的伯德图自动控制理论自动控制理论12/29/202211第六章 控制系统的校正基于根轨迹法的滞后校正基于根轨迹法的滞后校正例例 一单位反馈系统开环传递函数为一单位反馈系统开环传递函数为假设在图中的假设在图中的sd点，系统具有满意的动态性能百其开环增益偏小，点，系统具有满意的动态性能百其开环增益偏

6、小，不能满足稳态精度要求不能满足稳态精度要求加滞后校正装置的目的：加滞后校正装置的目的：1）使校正后的系统的闭环主导极点紧靠于）使校正后的系统的闭环主导极点紧靠于sd点点2）使校正后的系统的开环增益有较大幅度的增大）使校正后的系统的开环增益有较大幅度的增大自动控制理论自动控制理论12/29/202212第六章 控制系统的校正要求要求Gc(s)的零、极点必须靠近坐标原点，其目的：的零、极点必须靠近坐标原点，其目的：1）使）使Gc(s)在在sd处产生的滞后角小于处产生的滞后角小于52）使校正后系统的开环增益能增大）使校正后系统的开环增益能增大倍。倍。例例6-3 已知已知自动控制理论自动控制理论12

7、/29/202213第六章 控制系统的校正图图6-17 校正后系统的根轨迹校正后系统的根轨迹 1）作出未校正系统的根轨迹）作出未校正系统的根轨迹解：解：2）由性能指标，确定闭环系统的希望主导极点）由性能指标，确定闭环系统的希望主导极点sd自动控制理论自动控制理论3）确定校正系统在）确定校正系统在sd处的增益处的增益4）确定）确定值值12/29/202214第六章 控制系统的校正5）由作图求得）由作图求得Gc(s)的零、极点的零、极点自动控制理论自动控制理论12/29/202215第六章 控制系统的校正基于频率响应的滞后校正基于频率响应的滞后校正例例6-4 1）调整）调整K解：解：2）作未校正系

8、统的）作未校正系统的Bode图图自动控制理论自动控制理论12/29/202216第六章 控制系统的校正3）选择新的）选择新的c4）确定）确定值值自动控制理论自动控制理论12/29/202217第六章 控制系统的校正5）校正后系统的）校正后系统的Bode图图滞后校正的主要特点滞后校正的主要特点1）利用滞后校正装置的高）利用滞后校正装置的高频值衰减特性频值衰减特性2）校正后系统的校正后系统的c变小变小,系系统的带宽变窄统的带宽变窄,瞬态响应变快瞬态响应变快3）滞后校正适用系统的动滞后校正适用系统的动态性能好，而静态精度偏低态性能好，而静态精度偏低的场合的场合自动控制理论自动控制理论图图6-1812

9、/29/202218第六章 控制系统的校正第四节第四节 滞后滞后-超前校正超前校正滞后滞后-超前校正的装置超前校正的装置图图6-19自动控制理论自动控制理论12/29/202219第六章 控制系统的校正自动控制理论自动控制理论12/29/202220第六章 控制系统的校正图图6-21图图6-20自动控制理论自动控制理论基于根轨迹法的滞后基于根轨迹法的滞后-超前校正超前校正例例6-5 要求校正后系统的性能指标为要求校正后系统的性能指标为=0.5,n=5s-1和和Kv=80s-1 1）对未校正系统分析）对未校正系统分析解：解：12/29/202221第六章 控制系统的校正图图6-232）确定希望的

10、闭环主导极点）确定希望的闭环主导极点自动控制理论自动控制理论3）选择新的）选择新的Kc12/29/202222第六章 控制系统的校正4）计算）计算sd处相角的缺额处相角的缺额自动控制理论自动控制理论5）T1和和值的确定值的确定12/29/202223第六章 控制系统的校正自动控制理论自动控制理论图图6-24由图解得：由图解得：12/29/202224第六章 控制系统的校正6）根据）根据值选取值选取T2图图6-25自动控制理论自动控制理论12/29/202225第六章 控制系统的校正基于频率法的滞后基于频率法的滞后-超前校正超前校正例例 1）求）求K值值解：解：2）画出未校正系统的伯德图）画出未

11、校正系统的伯德图自动控制理论自动控制理论3、确定校正后系统的剪切频率、确定校正后系统的剪切频率c4、确定滞后、确定滞后-超前校正装置的转折频率超前校正装置的转折频率12/29/202226第六章 控制系统的校正自动控制理论自动控制理论图图6-266-26l超前部分传递函数的确定超前部分传递函数的确定校正前系统在校正前系统在=1.5s-1处的幅值为处的幅值为+13dB,要求要求Gc(s)的超前部分在的超前部分在=1.5s-1处产生处产生-13dB幅值幅值.由作由作图得：图得：12/29/202227第六章 控制系统的校正自动控制理论自动控制理论Gc(s)的超前部分的传递函数为的超前部分的传递函数

12、为12/29/202228第六章 控制系统的校正第五节第五节 PID控制器及其参数调整控制器及其参数调整图图7-1 控制系统控制系统图图7-3 具有具有25%超调量的单位阶跃响应曲线超调量的单位阶跃响应曲线自动控制理论自动控制理论12/29/202229第六章 控制系统的校正自动控制理论自动控制理论图图7-4 受控对象的单位阶跃响应受控对象的单位阶跃响应图图7-5 S形响应曲线形响应曲线12/29/202230第六章 控制系统的校正方法一方法一表一表一 Z-N 第一法第一法自动控制理论自动控制理论方法二方法二 令令Ti=，Td=0图图7-6 具有比例控制器的闭环系统具有比例控制器的闭环系统12

13、/29/202231第六章 控制系统的校正图图7-7 具有周期具有周期Tc的持续振荡的持续振荡表二表二 Z-N 第二法第二法自动控制理论自动控制理论例例 一系统如下图所示一系统如下图所示试用试用Z-N法则确定法则确定KpTi和和Td12/29/202232第六章 控制系统的校正图图7-8具有具有PID控制器的控制系统控制器的控制系统自动控制理论自动控制理论12/29/202233第六章 控制系统的校正图图7-9 具有具有PID控制器的控制系统控制器的控制系统自动控制理论自动控制理论12/29/202234第六章 控制系统的校正图图7-10 式式(7-7)所示系统所示系统的单位阶跃响应曲线的单位阶跃响应曲线图图7-11 式式(7-8)所示系统所示系统的单位阶跃响应曲线的单位阶跃响应曲线自动控制理论自动控制理论12/29/202235第六章 控制系统的校正