机械控制工程基础第六章.pptx

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1、第六章第六章 系统的性能与校正系统的性能与校正一、系统的性能指标一、系统的性能指标1.1.1.1.时域性能指标时域性能指标时域性能指标时域性能指标3.3.3.3.综合性能指标综合性能指标综合性能指标综合性能指标(误差准则误差准则误差准则误差准则)2.2.2.2.频域性能指标频域性能指标频域性能指标频域性能指标瞬态性能指标瞬态性能指标瞬态性能指标瞬态性能指标 稳态性能指标稳态性能指标稳态性能指标稳态性能指标 （稳态误差）（稳态误差）（稳态误差）（稳态误差）t td d ；t tr r ；峰值时间峰值时间峰值时间峰值时间t tP P ；最大超调量最大超调量最大超调量最大超调量MMP P；调整时间调

2、整时间调整时间调整时间t tS S(或过渡过程时间或过渡过程时间或过渡过程时间或过渡过程时间)；增益增益增益增益(或幅值或幅值或幅值或幅值)裕度裕度裕度裕度K Kg g；复现频率复现频率复现频率复现频率 mm及复现带宽及复现带宽及复现带宽及复现带宽0 0 0 0 mm ；谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率 r r及谐振峰值及谐振峰值及谐振峰值及谐振峰值MMr r ；截止频率截止频率截止频率截止频率 b b及截止带宽及截止带宽及截止带宽及截止带宽(简称带宽简称带宽简称带宽简称带宽)0)0)0)0 b b 。1.1.校正的概念校正的概念二、系统的校正二、系统的校正放大放大放大放大执行执行执行执行被控

3、对象被控对象被控对象被控对象测量测量测量测量KK（可调）（可调）（可调）（可调）惟有增益惟有增益惟有增益惟有增益KK可可可可调调调调KK ，稳态误差，稳态误差，稳态误差，稳态误差，响应加快，但稳定性下降；，响应加快，但稳定性下降；，响应加快，但稳定性下降；，响应加快，但稳定性下降；仅靠增益调整一般难以同时满足所有的性能指标仅靠增益调整一般难以同时满足所有的性能指标仅靠增益调整一般难以同时满足所有的性能指标仅靠增益调整一般难以同时满足所有的性能指标制作：华中科技大学1.1.校正的概念校正的概念二、系统的校正二、系统的校正 原系统（原系统（原系统（原系统（P=0P=0）不稳定不稳定不稳定不稳定 减

4、小减小减小减小K K稳定，但对稳态性能不利稳定，但对稳态性能不利稳定，但对稳态性能不利稳定，但对稳态性能不利 参加新环节（改变系统的频率特性曲线）参加新环节（改变系统的频率特性曲线）参加新环节（改变系统的频率特性曲线）参加新环节（改变系统的频率特性曲线）稳定，但不改变稳态性能稳定，但不改变稳态性能稳定，但不改变稳态性能稳定，但不改变稳态性能制作：华中科技大学1.1.校正的概念校正的概念二、系统的校正二、系统的校正 原系统（原系统（原系统（原系统（P=0P=0）稳定，但相位裕度小，调整时间长稳定，但相位裕度小，调整时间长稳定，但相位裕度小，调整时间长稳定，但相位裕度小，调整时间长减小减小减小减小

5、K K，不改变，不改变，不改变，不改变相位裕度相位裕度相位裕度相位裕度 参加新环节参加新环节参加新环节参加新环节产生正的相移，提高相位裕度产生正的相移，提高相位裕度产生正的相移，提高相位裕度产生正的相移，提高相位裕度制作：华中科技大学1.1.校正的概念校正的概念二、系统的校正二、系统的校正校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改善系统的性能善系统的性能善系统的性能善系统的性能在提高某些性能指标的同时，能保证其它性能在提高某些性能指标的同时，能保证其它性能在提高某些性能指标的同

6、时，能保证其它性能在提高某些性能指标的同时，能保证其它性能指标满足要求；指标满足要求；指标满足要求；指标满足要求；制作：华中科技大学2.2.校正的分类校正的分类二、系统的校正二、系统的校正串联校正串联校正串联校正串联校正：增益调整；：增益调整；：增益调整；：增益调整；相位超前；相位超前；相位超前；相位超前；相位滞后；相位滞后；相位滞后；相位滞后；相位超前相位超前相位超前相位超前滞后滞后滞后滞后反响校正反响校正反响校正反响校正顺馈校正顺馈校正顺馈校正顺馈校正：开环：开环：开环：开环复合操作复合操作复合操作复合操作制作：华中科技大学1.1.相位超前校正相位超前校正使某频段的相位增加使某频段的相位增

7、加三、串联校正三、串联校正dBdB 9090180180dBdB 9090180180270270不稳定不稳定不稳定不稳定稳定，相位裕度不够稳定，相位裕度不够稳定，相位裕度不够稳定，相位裕度不够制作：华中科技大学1.1.相位超前校正相位超前校正典型物理环节典型物理环节典型物理环节典型物理环节：传递函数传递函数传递函数传递函数：幅频特性：幅频特性：幅频特性：幅频特性：频率特性频率特性频率特性频率特性：相频特性：相频特性：相频特性：相频特性：Gc(j)=(j)=arctgT-arctg T 0 制作：华中科技大学1.1.相位超前校正相位超前校正不同时的不同时的不同时的不同时的Nyquist Nyq

8、uist 图：图：图：图：BodeBodeBodeBode图图图图：(0.10.1，T=TT=T1 1,T,T2 2,T,T3 3)由：由：由：由：有：有：有：有：最大相移最大相移最大相移最大相移处的频率处的频率处的频率处的频率显然显然显然显然（位于两个转折频率的对数中点，即（位于两个转折频率的对数中点，即（位于两个转折频率的对数中点，即（位于两个转折频率的对数中点，即BodeBodeBodeBode图上的几何中点）图上的几何中点）图上的几何中点）图上的几何中点）最大相移：最大相移：最大相移：最大相移：制作：华中科技大学相位超前校正设计举例相位超前校正设计举例稳态性能指标：单位恒速输入时的稳态

9、误差稳态性能指标：单位恒速输入时的稳态误差稳态性能指标：单位恒速输入时的稳态误差稳态性能指标：单位恒速输入时的稳态误差e essss0.050.050.050.05；频域性能指标：相位裕度频域性能指标：相位裕度频域性能指标：相位裕度频域性能指标：相位裕度 50505050，增益裕度，增益裕度，增益裕度，增益裕度20202020lgKlgKg g10dB10dB。性能要求性能要求性能要求性能要求：要求的开环增益要求的开环增益要求的开环增益要求的开环增益：未加校正时的频率特性未加校正时的频率特性未加校正时的频率特性未加校正时的频率特性：系统稳定，且系统稳定，且系统稳定，且系统稳定，且增益裕度增益裕

10、度增益裕度增益裕度10dB10dB，但，但，但，但相位裕度相位裕度相位裕度相位裕度 50505050，不满足，不满足，不满足，不满足性能要求。性能要求。性能要求。性能要求。制作：华中科技大学相位超前校正设计举例相位超前校正设计举例需增加的相位超前量需增加的相位超前量需增加的相位超前量需增加的相位超前量：mm5050 1717 5 5 3838 由：由：由：由：得到对应的得到对应的得到对应的得到对应的值约为值约为值约为值约为0.240.240.240.24 校正环节在校正环节在校正环节在校正环节在 m m m m点上造成的对数幅点上造成的对数幅点上造成的对数幅点上造成的对数幅频特性的上移量：频特

11、性的上移量：频特性的上移量：频特性的上移量：参加校正环节后，新的剪切频率应为参加校正环节后，新的剪切频率应为参加校正环节后，新的剪切频率应为参加校正环节后，新的剪切频率应为 c c9s9s-1-1 故有：故有：故有：故有：T=0.23 sT=0.23 s；T T0.055 s 0.055 s 制作：华中科技大学相位超前校正设计举例相位超前校正设计举例校正环节的频率特性校正环节的频率特性校正环节的频率特性校正环节的频率特性：原开环增益应调整为原开环增益应调整为原开环增益应调整为原开环增益应调整为：校正后系统的开环传递函数校正后系统的开环传递函数校正后系统的开环传递函数校正后系统的开环传递函数：增

12、大相位裕度，增大带宽，增大相位裕度，增大带宽，增大相位裕度，增大带宽，增大相位裕度，增大带宽，加快响应速度加快响应速度加快响应速度加快响应速度制作：华中科技大学2.2.相位滞后校正相位滞后校正使某频段的相位滞后使某频段的相位滞后三、串联校正三、串联校正dBdB 009090180180增大增大增大增大KK传递函数传递函数传递函数传递函数：相位滞后校正原理在于保持低频相位滞后校正原理在于保持低频相位滞后校正原理在于保持低频相位滞后校正原理在于保持低频增益不变，而使高频增益下降。增益不变，而使高频增益下降。增益不变，而使高频增益下降。增益不变，而使高频增益下降。而不在于相位滞后效应。而不在于相位滞

13、后效应。而不在于相位滞后效应。而不在于相位滞后效应。制作：华中科技大学2.2.相位滞后校正相位滞后校正使某频段的相位滞后使某频段的相位滞后三、串联校正三、串联校正增大增大增大增大KK增益（减小稳态增益（减小稳态增益（减小稳态增益（减小稳态误差）的同时保证稳定误差）的同时保证稳定误差）的同时保证稳定误差）的同时保证稳定性和快速性性和快速性性和快速性性和快速性制作：华中科技大学3.3.相位滞后相位滞后超前校正超前校正三、串联校正三、串联校正制作：华中科技大学PIDPID校正按偏差的比例、积分和微分进行操作校正按偏差的比例、积分和微分进行操作校正按偏差的比例、积分和微分进行操作校正按偏差的比例、积分

14、和微分进行操作PIDPID调节器的一般形式调节器的一般形式调节器的一般形式调节器的一般形式校正环节校正环节校正环节校正环节 调节器调节器调节器调节器 操作器操作器操作器操作器 操作策略操作策略操作策略操作策略 操作算法操作算法操作算法操作算法四、四、PID校正校正有源校正有源校正有源校正有源校正制作：华中科技大学1.比例环节校正比例环节校正K Kp p11，则幅频上移，则幅频上移，则幅频上移，则幅频上移，稳态误差减小；稳态误差减小；稳态误差减小；稳态误差减小；c c右移，右移，右移，右移，响应加快，稳定性下降。响应加快，稳定性下降。响应加快，稳定性下降。响应加快，稳定性下降。K Kp p11，

15、则幅频下移，则幅频下移，则幅频下移，则幅频下移，稳态误差增大；稳态误差增大；稳态误差增大；稳态误差增大；c c左移，左移，左移，左移，响应变慢，稳定性提高。响应变慢，稳定性提高。响应变慢，稳定性提高。响应变慢，稳定性提高。制作：华中科技大学2.比例微分环节校正比例微分环节校正由图可知：由图可知：由图可知：由图可知：PDPD调节器相位超前调节器相位超前调节器相位超前调节器相位超前K Kp p=1=1时，时，时，时，相当于导前环节相当于导前环节相当于导前环节相当于导前环节制作：华中科技大学PD调节器的校正作用调节器的校正作用1.1.相位裕度增加，相位裕度增加，相位裕度增加，相位裕度增加，稳定性增强

16、稳定性增强稳定性增强稳定性增强2.2.c c右移，右移，右移，右移，响应速度提高响应速度提高响应速度提高响应速度提高3.3.高频增益上升，高频增益上升，高频增益上升，高频增益上升，抗干扰能力减弱抗干扰能力减弱抗干扰能力减弱抗干扰能力减弱制作：华中科技大学3.比例积分环节校正比例积分环节校正K Kp p=1=1时，时，时，时，相当于积分环节相当于积分环节相当于积分环节相当于积分环节 串接导前环节串接导前环节串接导前环节串接导前环节制作：华中科技大学PI调节器的校正作用调节器的校正作用校正的作用：校正的作用：校正的作用：校正的作用：1.1.增加积分环节，增加积分环节，增加积分环节，增加积分环节，提

17、高系统阶次，提高系统阶次，提高系统阶次，提高系统阶次，系统稳态误差减小系统稳态误差减小系统稳态误差减小系统稳态误差减小2.2.相位裕度减小，相位裕度减小，相位裕度减小，相位裕度减小，稳定性降低稳定性降低稳定性降低稳定性降低(只有在稳定裕度只有在稳定裕度只有在稳定裕度只有在稳定裕度 比较大的时候才用比较大的时候才用比较大的时候才用比较大的时候才用)制作：华中科技大学PID调节器调节器令令PI,PD都作用都作用制作：华中科技大学一般一般相当于积分环节相当于积分环节相当于积分环节相当于积分环节串接两个导前环节串接两个导前环节串接两个导前环节串接两个导前环节PID调节器调节器制作：华中科技大学参数转换

18、关系参数转换关系已知已知已知已知T Ti i、T Td d、K Kp p，建立方程组，解出，建立方程组，解出，建立方程组，解出，建立方程组，解出T Ti2i2、T Td2d2、K Kp3p3PID调节器调节器制作：华中科技大学PID调节器调节器校正作用：1.1.低频段，积分起作用，低频段，积分起作用，低频段，积分起作用，低频段，积分起作用，减小低频稳态误差减小低频稳态误差减小低频稳态误差减小低频稳态误差2.2.高频段，微分起作用，高频段，微分起作用，高频段，微分起作用，高频段，微分起作用，加快响应，改善动态加快响应，改善动态加快响应，改善动态加快响应，改善动态3.3.K Kp p决定操作作用强

19、弱决定操作作用强弱决定操作作用强弱决定操作作用强弱,K Kp p影响系统的影响系统的影响系统的影响系统的 动态性能和稳定性能。动态性能和稳定性能。动态性能和稳定性能。动态性能和稳定性能。制作：华中科技大学假设原系统假设原系统假设原系统假设原系统惯性时间常数为惯性时间常数为惯性时间常数为惯性时间常数为T T增加反响环节增加反响环节增加反响环节增加反响环节K K反响校正后，时间常数反响校正后，时间常数反响校正后，时间常数反响校正后，时间常数系统响应加快系统响应加快动态性能改善动态性能改善比例反响，位置反响比例反响，位置反响五、反响校正五、反响校正制作：华中科技大学系统超调量降低系统超调量降低微分反

20、响，速度反响微分反响，速度反响制作：华中科技大学局部传递函数局部传递函数局部传递函数局部传递函数假设假设假设假设与与与与G G2 2无关无关无关无关抑制了抑制了抑制了抑制了G G2 2内部常出现的扰动内部常出现的扰动内部常出现的扰动内部常出现的扰动反响可校正系统，降低超调，加快响应反响可校正系统，降低超调，加快响应反响可校正系统，降低超调，加快响应反响可校正系统，降低超调，加快响应反响还可抑制扰动，减小参数波动反响还可抑制扰动，减小参数波动反响还可抑制扰动，减小参数波动反响还可抑制扰动，减小参数波动制作：华中科技大学校正前校正前校正前校正前加上顺馈后加上顺馈后加上顺馈后加上顺馈后其中，其中，其

21、中，其中，六、顺馈校正六、顺馈校正制作：华中科技大学校正前校正前校正前校正前加上顺馈后加上顺馈后加上顺馈后加上顺馈后假设假设假设假设则则则则消除偏差和误差，消除偏差和误差，并保持传递函数分母不变并保持传递函数分母不变顺馈校正可减小系统的误差，且不改变系统稳定性制作：华中科技大学例：既有输入例：既有输入 Xi 又有扰动又有扰动 N线性系统，可单独考虑扰动作用。线性系统，可单独考虑扰动作用。线性系统，可单独考虑扰动作用。线性系统，可单独考虑扰动作用。设设设设 X Xi i=0=0，有，有，有，有顺馈顺馈k4顺馈顺馈k4制作：华中科技大学即即即即假设假设假设假设则则则则 X Xo o 与干扰与干扰与干扰与干扰 N N 无关，可消除干扰的影响无关，可消除干扰的影响无关，可消除干扰的影响无关，可消除干扰的影响顺馈顺馈k4顺馈顺馈k4制作：华中科技大学谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH