自动控制原理第六章线性系统的校正方法.ppt

第六章线性系统的校正方法
系统校正的一般概念
频率法串联校正
频率法反馈校正
控制系统的复合校正
控制系统
迫使系统满足性能要求
(设计系统)
系统组成
常用校正方法:串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校正
控制系统的设计任务
校正(补偿):改变系统结构,或在系统中增加附加装置,对原系统(固有部分)再设计使之满足性能要求。
系统设计的本质是确定合适的校正装置
系统校正的一般概念
不可变部分
可变部分
放大器、校正装置
被控对象
执行机构
检测装置
校正装置
稳态精度
稳态误差ess
过渡过程响应特性
频域:谐振峰值Mr、截止频率ωc、相角裕度
谐振频率ωr、带宽频率ωb
相对稳定性
幅值裕度Kg、相位裕度(c)
扰动的抑制
带宽频率ωb
性能指标
时域:峰值时间tp、超调量、调节时间ts
系统带宽的选择
如图示典型闭环幅频特性曲线
低频变化缓慢,频率到某数值时,出现谐振
(1)始值表征系统无差度, 即低频段反映系统稳态性能。
带宽大可以复现输入信号;带宽过大则引入噪声。
从稳定裕度考虑, 处的斜率为,考虑较强的信噪比时, 处的斜率小于,不同对应不同的,系统设计时,必须选择切合实际的带宽。
通常γ=45o左右。开环中频区的斜率为-20dB/dec,同时中频区占据一定的频率范围,以确保系统参数变化时,相角裕度变化不大。
过了中频区,要求幅频特性迅速衰减,以削弱噪声,这是系统带宽应考虑的一个方面。
(2) 表征系统的振荡指标, 越大, 越大。一般,
高频迅速衰减
(3) 和表征系统的快速性, 和
的值越大, 越小。介于和之间,
也可用衡量系统的快速性。
进入系统的信号既有r(t),又有噪声信号n(t),如果r(t)的带宽,n(t)的带宽,则,且使处于之外。如图示,带宽能尽量复现r(t)且抑制n(t) 。
0
Mr(0)
(0)
0
Mr(0)
(0)
0
0
复合校正
校正方式选择考虑的因素:信号性质;技术方便程度;供应的元件;其它要求(抗干扰、环境适应性、经济性)。
串联校正:设计简单,容易对信号进行变换,但需注意负载效应的影响;
反馈校正:可消除系统原有部分参数对系统影响,元件数也较少;
同时采用串、并联校正:性能指标要求较高的系统。
前馈校正Gn(s)
控制器
被控对象GO(s)
前馈校正Gr(s)
控制器
被控对象GO(s)
按扰动补偿的复合控制
按输入补偿的复合控制
对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算后形成的控制规律。
比例控制(P)
Proportional
微分控制(D)
积分控制(I)
Integral
Derivative
基本控制规律
P、PI、PD 或PID 控制
适用于数学模型已知或数学模型难确定的系统;
PID 控制参数整定方便,结构灵活
基本控制规律
一、比例控制(P)
比例控制器是增益可调的放大器
增大Kp,提高系统稳态精度,但又降低了系统的稳定性,甚至造成闭环不稳定。因此,单独使用比例控制规律较少。
KP
G (s)
H (s)
KP
对系统性能的影响正好相反。
Kp>1
开环增益K加大,ess减小; 增大, 缩短;稳定程度变差。
原系统稳定裕量充分大时才用比例控制。
Kp<1