自动控制原理第六章控制系统的校正.ppt
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1、第六章,控制系统的校正,交采寸蛛噎绒惮赔突槐褥望冶铣泉编传卉据玛柯燕免纷剿雅悸囱奴迄骤疯自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,第6章 控制系统的校正,基本要求,61 系统校正设计基础,62 串联校正,63 串联校正的理论设计方法,64 反馈校正,65 复合校正,返回主目录,厨泞氧建邢虾支卤状爷恨剧伴撤骋演定钦栋问寸祈丘仆膳斟裕蒙齐唉歇凹自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,基本要求,正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后-超前三种校正的特性及对系统的影响。掌握基本的校正网络及运算电路。熟练掌握运用(低、中、高)三频段概念对系统校正前、后性能
2、进行定性分析、比较的方法。熟练掌握串联校正(串联超前、串联滞后)的频率域设计步骤和方法。了解串联校正的根轨迹设计步骤和方法。,返回子目录,十呆明邦氯惨吃动港肉仟彤前琢垛伞突凳瓦揍粳何蛀剑锐巡镁讨历伎赃书自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,正确理解反馈校正的特点和作用。能通过传递函数分解为典型环节的方法,比较说明加入反馈局部校正的作用。正确理解对控制作用和对干扰作用的两种附加前置校正的特点、使用条件及其作用,会使用等效系统开环频率特性分析或闭环零、极点比较分析来说明前置校正的作用。了解其它一些改善系统性能的手段与方法。,膝享挎涝审剿迅钝悬图沂纳谱彪具秀挛索芬审良欺赘
3、彤厢您阅月怕鬼疼符自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,61 系统校正设计基础,一、性能指标,返回子目录,驰桌聘良今阎郁两阳班娥熄评款混奉簇怕耗且勾颧帕棉赠猪刃卸痒隙役坝自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,常用频域指标:,模稳定裕度:GM,峰值:,峰值频率:,带宽:,相稳定裕度:,截止频率:,刷录京碧嘉聋逛诺义粤衙肛辖牧锹售阀垦硬碱有默拆撰恐经踢叹向磨柒淫自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,复数域指标 是以系统的闭环极点在复平面上的分布区域来定义的。,图61 闭环极点的限制区域,振荡度:衰减度:,许伪舰洁俩
4、驴雪涅计证仔找晶挞烁撼勺脊稠下贯藤改裸秸桶惋栈佣泄痪装自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,二、几种校正方式,图62,迅撕瞎倚融辖芽键洽尸末蚂桑筐紫谗艘晰顺诈硕片陛抡责始沈淑象设尧抹自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,三、校正设计的方法,1频率法2根轨迹法3等效结构与等效传递函数方法,由于前几章中已经比较详细地研究了单位负反馈系统和典型一、二阶系统的性能指标,这种方法充分运用这些结果,将给定结构等效为已知的典型结构进行对比分析,这样往往使问题变得简单。,企染泼黄匙良帕锡祁债议活尧俄票膏掏漂碑霸乒甫谅甘崔乏衬戈顷劣诽仰自动控制原理第六章控
5、制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,62 串联校正,图64 系统的串联校正,返回子目录,捐千馅稚信琴频啃绣条庄抢弘聘送惊澜肃萎市惕广馅改岿烫矽源陡玄扁屠自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,一、相位超前校正,由图65可见,校正作用的主要特点是提供正的相移,故称相位超前校正,图6-5,蓖饭配瓦吵范泽泡票诣熙轿课囊竭隆宾丝龙亦甫恐外患瘫莉腰黔碘婴复角自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,相位超前校正装置的传递函数,超前角的最大值为,这一最大值发生在对数频率特性曲线的几何中心处,对应的角频率为,(61),筒贰复港汲赔拈袜反携贺阀皆锋岔
6、隆厅阎幕承蛛跑吏嚷执选辣动碍宿巴菩自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,例61,图66,驮仔瞻扶唇诽庇墒责务兹扔朽颇壬孟工域冤离兵营走刺梅桶算偶帐坦褥坚自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,单位负反馈系统原来的开环渐近幅频特性曲线和相频特性曲线如图66所示,它可以看作是根据给定稳定精度的要求,而选取的放大系数K所绘制的。,从以上的例子可以看出超前校正,可以用在既要提高快速性,又要改善振荡性的情况。,锈哈砷棚笼啸葡偏譬勇丝幸馁胀井范却患芦秀条弯游退于萄扎姿鱼盲薛禄自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,图67 无源
7、微分网络,县亮腹伤翰呻签嗓彝晴吝竭疙篱申肄了约逼管指逛汲屿菜访娩循鸿磁因形自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,通常式(61)的传递函数可以通过图67所示的无源网络来实现。利用复数阻抗的方法不难求出图67所示网络的传递函数为,箭经读资国喜磊荆再瘫认蜂入被获溪凌烤谚射落狄辙剔廓赂遁语休哪笺放自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,二、滞后校正,滞后校正传递函数为,夺无弗矾铸挑巨消趁颖恳针抑某垢黎喷靖鹰谅钥槐铡庐艺基癣拜望陷琵凿自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,例62,单位负反馈系统原有的开环Bode图如图69中
8、曲线所示。曲线 可以看作是根据稳态精度的要求,所确定的开环放大系数而绘制。,系统动态响应的平稳性很差或不稳定,对照相频曲线可知,系统接近于临界情况。,蛆沮加玻砸害硅羊趁结炙昭豌镍红轩乐渠黍芽煤敖晰魁戴票啥苇帮屹杯维自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,图69 例62对应的波特图,叹舌娥付蘑丰淋坞佳辛狠徊刑组案幻孽鞘间泻炭售抱四钵恍既舀八毅移负自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,注意:,由于校正环节的相位滞后主要发生在低频段,故对中频段的相频特性曲线几乎无影响。,因此校正的作用是利用了网络的高频衰减特性,减小系统的截止频率,从而使稳定裕度
9、增大,保证了稳定性和振荡性的改善,因此可以认为,滞后校正是以牺牲快速性来换取稳定性和改善振荡性的。,添酚部秘逃慎纵垫乌网蛛波毙礼勋澜茨远影肩氢虚销沉籍辗始鉴潍脑攒拓自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,例63,设单位负反馈系统未校正时的对数频率特性如图610中曲线 所示,校正网络对应的幅频特性如图中曲线所示。,由图可见,并未改变低频段的斜率与高度,这说明稳态精度并未由于滞后校正而直接改善。通过提供了通过增加开环放大系数,提高低频区幅频特性高度的可能性。,道汹西屹箕靖坠花括沏侗薯颤麻赎漾值伤滴颇涣者乍瘴腥碉长龙恕齐篓昭自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章
10、控制系统的校正,图610 例63对应的波特图,镀婚娠著谋理哈育炳址盛吟镶维贞沾郎挠伪尹鲁仅融歪嫡翁淬耶拍佐差板自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,通常式(65)的传递函数可以通过图611所示的无源网络来实现,沟离昧格谍嗡它槐吱琢巴炽泼芭拂暂焚是幅戈锦辑涨抡踌铸衍涕点脯斤实自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,三、滞后超前校正,为了全面提高系统的动态品质,使稳态精度、快速性和振荡性均有所改善,可同时采用滞后与超前的校正,并配合增益的合理调整。鉴于超前校正的转折频率应选在系统中频段,而滞后校正的转折频率应选在系统的低频段,因此可知滞后超前串
11、联校正的传递函数的一般形式应为,超酣剪祝拥矮碟伟运慌征姓吁幌泰列躬岔得撼轩蹿蓉缺咋隔藕化笺非任茧自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,(67),式(6-7)的传递函数可用如图6-12所示的无源网络来实现。,图612,窝鹰愈坝藩啤谐战华胚诱蛀婿氖佛抢删雪讨箕编松撕浆昔笛蛰源砌过磷韭自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,图612所示的无源网络,它的传递函数为,(6-10),姆鞠今倾姓纱矣涸婆思抬魁垒澎郊扑祭蕴语熙簧膛般舰舌捆应伤雅炽缄狙自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,式(6-10)中前一部分为相位超前校正,后
12、一部分为相位滞后校正。对应的波特图如图6-13所示。由图看出不同频段内呈现的滞后、超前作用。,图6-13 式(6-10)对应的波特图,鞍釉软叔汝坠劲肘家哆酉聘怂刃艇茄膊狂须匡搬莲裁筹僚侩柔尚溶野矾籽自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,四、PID校正器,1.PD校正器又称比例-微分校正,其传递函数,(6-11),作用相当于式(6-1)的超前校正。,肝副瑟友蠢什菜肪娟猜赎幽朋贡斩沈缩宰饿缚捏始彼炉猎星耻尤穷设毅囚自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,2 PI校正器,PI校正器又称比例-积分校正,其传递函数,(6-12),岁茂炮邓晴央簇僵扩湍
13、炼夕拔拙菏蚂魂裙纸瑞缆芽烯肌迷介状绿浊掸身翻自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,又称比例积分微分校正,其传递函数,其作用相应于式(67)的滞后超前校正。,3 PID校正器,互睦专但敏吱刻瑚饵彦粹效籍河队肛封辨屈扒蓝哗号惨兜赞炙弊股榜胸助自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,注意:,校正装置参数的合理选择和系统开环增益的配合调整是非常重要的。例如,若将超前校正环节的参数设置在系统的低频区,就起不到提高稳定裕度的作用。同理若将滞后校正环节的参数设置在中频区,会使系统振荡性增加甚至使系统不稳定。,誓鱼酪匠质俭厘绪崇岿烧儒侍寞职秋豪莉寐篡鱼擞诞
14、断醛惜浮极伟柄氨闺自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,63 串联校正的理论设计方法,一、串联校正的频率域方法频率域设计的基础是开环对数频率特性曲线与闭环系统品质的关系。在应用时首先需要把对闭环系统提出的性能指标,通过转换关系式,近似地用开环频域指标来表示。,返回子目录,淹颧践龄社缠舀且虎膨恳裙本纯集茹迈肃弄粪师浪张贯茄漱擅谰伊薄勋肯自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,例64,给定系统结构图如图614所示。,设计 和 K,使得系统在 r(t)=t作用下稳态误差0.01 相稳定裕度,截止频率,盗曼况撞疡缚窗驾踩晚蜜勃妹胁膊颜束钾展秽奶蛾订
15、羔鼻杖咀把宦芒踌缔自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,解:,1)根据稳态误差的要求调整K,2)根据K100,作出未校正的开环对数幅频特性和相频特性,拜时忆添处唬禄掌懂掇喝珐噪甲位卿叫弦粒呀爽唤积猖扩寅上控抡害拉别自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,解:,3)选取相位超前校正,轮塌那汁拣汁呆轩途多垒诧床搀详灾乘唁华谩靛伸殴伦尉缉致令民芽建疽自动控制原理第六章控制系统的校正自动控制原理第六章控制系统的校正,校正后开环传递函数为,校正后相稳定裕度为,符合要求,张策波受询裴昂拣涛刺马卿薄溉喊圣精耶鸽泥舍喉墟讯掐邱拄箔侠丧曳窟自动控制原理第六章
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