自动控制原理超前网络及其串联校正.pptx

《自动控制原理超前网络及其串联校正.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理超前网络及其串联校正.pptx（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2 2 2 2 串联超前校正串联超前校正串联超前校正串联超前校正计算未校正系统的计算未校正系统的相角裕度相角裕度 （根据确定的开环增益根据确定的开环增益K，画画未校正系统对数频特性未校正系统对数频特性 ）选择选择成立的条件是：成立的条件是：由上式可求出由上式可求出a a，再由再由根据截止频率根据截止频率的要求，计算超前网络参数的要求，计算超前网络参数a a和和T T；求出求出；即可得超前网络的传递函数：即可得超前网络的传递函数：则已校正系统的传递函数为：则已校正系统的传递函数为：绘出校正后的绘出校正后的对数幅频特性对数幅频特性：验证已校系统的相角裕度验证已校系统的相角裕度 ，若不满足，若不满足

2、 要求，应重选要求，应重选 ,一般使其增大。一般使其增大。步骤：步骤：确定开环增益确定开环增益K（根据稳态误差的要求）根据稳态误差的要求）；第1页/共21页转折频率：1bT1T3、滞后校正网络Gc(s)=1+bTS1+TSb1低频段：1(0dB)斜 率：+20-20=0=0o+90o0o-90o0o0o=101bT时Lc()=20lgb c()-5o-9oj j1bT第2页/共21页4 4 4 4、串联滞后校正、串联滞后校正、串联滞后校正、串联滞后校正 步骤：步骤：步骤：步骤：根据稳态误差的要求根据要求指标要求值则画出待校正系统Bode图,并求待校正系统的确定开环增益K由下式选已校正系统的截止

3、频率 确定滞后网络参数b和T 绘已校正系统Bode图，验算校正后的结束选不同的 ，绘制曲线-6-24度第3页/共21页1.1.1.1.无源滞后无源滞后-超前网络超前网络设则有传递函数：(1)网络图：网络图：(2)传递函数：传递函数：无源滞后无源滞后-超前网络超前网络及其串联校正及其串联校正第4页/共21页(3)对数频特性：第5页/共21页（4 4 4 4）滞后）滞后-超前校正的特点与作用：超前校正的特点与作用：兼有滞后和超前的特点。兼有滞后和超前的特点。利用利用滞后滞后部分的部分的幅值衰减幅值衰减特点来特点来提高提高系统的系统的稳态精度稳态精度；利用利用超前超前部分的部分的相位超前相位超前特性

4、特性提高提高系统的系统的 。适用适用:同时提高同时提高稳态精度稳态精度和和动态性能动态性能的系统校正。的系统校正。第6页/共21页2 2 串联滞后超前校正串联滞后超前校正1 1）基本原理：）基本原理：利用超前部分增大相角裕度，同时利用 滞后部分改善系统稳态精度。2 2 2 2）步骤）步骤）步骤）步骤：绘制待校正系统Bode图,并求待校正系统的确定开环增益K在 上，选择斜率从-20-40 的交接频率为网络超前部分的交接频率 ；根据响应速度要求选择系统的截止频率 ，及响应衰减因子 ，确定方法：未校正系统未校正系统的幅值量的幅值量滞后超前网络超前部分在滞后超前网络超前部分在 处贡献的幅值处贡献的幅值

5、滞后滞后-超前网络贡献的幅超前网络贡献的幅值衰减的最大值值衰减的最大值第7页/共21页 由相角裕度要求，估算网络滞后部分的交接频率 ，得：结束绘制已校正系统Bode图，校验性能指标第8页/共21页1 1 1 1）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理1 1、反馈校正、反馈校正开环传函为：设图中局部反馈回路为设图中局部反馈回路为G G2c2c(s s)，其频率特性为其频率特性为 ：反馈校正、复合校正基本原理反馈校正、复合校正基本原理第9页/共21页整个反馈回路的传递函数等效为：如果局部反馈回路本身稳定，且在对系统动态性能起主要影响的范围内，如能选择结构参数；只与校正装置只与校正装置只与校正装置只

6、与校正装置G G G Gc c c c(s s s s)有关，有关，有关，有关，和被包围的和被包围的和被包围的和被包围的G G G G2 2 2 2(s s s s)全然无关全然无关全然无关全然无关,达到了以达到了以达到了以达到了以1/1/1/1/G G G Gc c c c(s s s s)取代取代取代取代G G G G2 2 2 2(s s s s)的效果。的效果。的效果。的效果。使 则第10页/共21页1）系系统统原原有有部部分分传传递递函函数数G2(s),可可能能测测定定得得不不准准确确,可可能能会会受受运运行行条条件件的的影影响响,甚甚至至可可能能含含有有非非线线性性因因素素等等,直

7、直接接对对它它设设计计控控制制器器比比较较困困难难,而而Gc(s)完完全全是是设设计计者者选选定定的的,可可以以做做得得比比较准确和稳定。较准确和稳定。反馈校正作用的优点:也即，把G2(s)改造成1/Gc(s)，使反馈校正系统对于被控对象参数变化的敏感度降低。2）反馈信号是从系统前向通道的某一元件的输出端引出的,这就是说,信号是从功率电平较高的点传向电平较低的点。因而通常不必采用附加的放大器。因此,它所需的元件数往往比串联校正少,所用的校正装置也比较简单。第11页/共21页 3）反反馈馈校校正正在在系系统统内内部部形形成成了了一一个个局局部部闭闭合合回回路路,作作用用在在这这个个回回路上的各种

8、扰动路上的各种扰动,受到局部负反馈的影响受到局部负反馈的影响,往往被削弱。往往被削弱。也也就就是是说说,系系统统对对扰扰动动的的敏敏感感度度低低,这这样样可可减减轻轻测测量量元元件件负负担担,提高测量的准确性提高测量的准确性,对于控制系统的性能也是有利的。对于控制系统的性能也是有利的。基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：用反馈校正装置包围待校正系统中对动态性能用反馈校正装置包围待校正系统中对动态性能改善改善有重大防碍作用的某些环节有重大防碍作用的某些环节，形成一个局部反馈回路；在局部反馈形成一个局部反馈回路；在局部反馈回路的回路的幅值远大于幅值远大于1 1的条件下，局部反馈回路的特性主要的

9、条件下，局部反馈回路的特性主要取决于反取决于反馈校正装置馈校正装置，与被包围的部分无关与被包围的部分无关。适当选择反馈校正装置的形式和参数，可使已校正系统性能满适当选择反馈校正装置的形式和参数，可使已校正系统性能满足给定性能指标的要求。足给定性能指标的要求。第12页/共21页2 2、复合校正、复合校正1 1）概念概念复合校正：复合校正：在反馈控制系统中加入与在反馈控制系统中加入与扰动信号或输入信号有关的顺扰动信号或输入信号有关的顺馈回路馈回路，组成一个顺馈控制与反馈控制相组合的控制系统。，组成一个顺馈控制与反馈控制相组合的控制系统。作用作用：保持系统稳定，极大减小甚至消除稳态误差，：保持系统稳

10、定，极大减小甚至消除稳态误差，抑制所有抑制所有可测的扰动。可测的扰动。适用适用：存在：存在强扰动强扰动（特别是低频），或系统稳态精度及动态性（特别是低频），或系统稳态精度及动态性能要求很高的系统。能要求很高的系统。分类分类:按按扰动扰动补偿补偿,按按输入输入补偿补偿第13页/共21页2 2）按扰动补偿按扰动补偿扰动作用下的输出输出：扰动作用下的误差误差：当：时，对扰动的对扰动的误差全补偿误差全补偿条件条件第14页/共21页说明：说明：采用前馈控制补偿扰动信号对输出的影响,首先要求扰动信号可量测,其次要求前馈补偿装置在物理上可实现,并力求简单。一般来说,主要扰动引起的误差,由前馈控制进行全部或部

11、分补偿;次要扰动引起的误差,由反馈控制予以抑制。这样,在不提高开环增益的情况下,各种扰动引起的误差均可得到补偿,从而有利于同时兼顾提高系统稳定性和减小系统稳态误差的要求。2 2）按扰动补偿按扰动补偿第15页/共21页)(sR)(sG)(sE)(1sG)(sG)(2sG)(sC)(sGr+3 3）按输入补偿按输入补偿系统输出输出：系统误差误差：当：时，对输入的对输入的误差全补偿误差全补偿条件条件第16页/共21页说明：说明：以上结论仅在理想条件下成立：(1)无论是输出响应完全复现输入或是完全不受扰动影响,都是在传递函数零、极点对消能够完全实现的基础上得到的。由于控制器和对象都是惯性的装置,故G1

12、(s)和G2(s)的分母多项式的s阶数比分子多项式的s阶数高。据补偿式可见,要求选择前馈装置的传递函数是它们的倒数,即Gr(s)或Gn(s)的分子多项式的s阶数应高于其分母多项式的s阶数,这就要求前馈装置是一个理想的(甚至是高阶的)微分环节。理想的微分环节实际不存在,所以完全实现传递函数的零、极点对消在实际上也是做不到的。第17页/共21页 (2)从图可见,前馈信号加入系统的作用点愈向后移,即愈靠近输出端,G2(s)的分母多项式的s阶数愈低,则Gr(s)愈易于实现。但这势必使前馈装置的功率等级迅速增加。通常功率愈大的装置惯性也愈大,实现微分也愈困难。而且大功率信号的叠加在技术上及经济上都存在障碍。(3)不能保证G1(s)、G2(s)、Gr(s)和Gn(s)中的元件参量及性能都不发生变化,随着时间的推移,补偿愈难准确。因此,要求构成前馈补偿装置的元部件尽可能具有较高的参数稳定性,否则将削弱补偿效果。第18页/共21页小结 通过本章内容的学习，我们掌握了：通过本章内容的学习，我们掌握了：超前校正网络的特点、使用范围及其串联校正的方法 滞后校正网络的特点、使用范围及其串联校正的方法第19页/共21页作业6-26-36-5第20页/共21页感谢您的观看！第21页/共21页