自动控制理论控制系统的校正.ppt

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1、第6章 控制系统的校正,6-1 引言6-2 串联超前校正6-3 串联滞后校正6-4 滞后超前校正和PID校正6-5 反馈校正6-6 复合校正,疾任莎利窑尧淑隆抗啊苍伸虾登晕崖憨父股删践晒蝇皿谓坍圾蚤彭堂剥裁自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,6-1 引言,1、系统校正被控对象确定后，根据要求的控制目标，对控制器的进行设计的过程叫作系统校正。,费巫诺晰肉爽幽赞虾寿镶部匪巳突豢踊猜觉接喷淖宏野鹰晴剿切辽卡牧估自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,2、控制目标性能指标,柯观颊惑袁菠段城且培嗽浊苏曾暮安牟肤鸥牙毋讯吭晋君摸姓绅快臻陕据自动控制理论控制系统的校正自动控制

2、理论控制系统的校正,4、用什么校正？校正装置为了改善系统性能，引入的附加装置叫作校正装置，也叫补偿器；校正装置可以是电气的、机械的、气动的、液压的或其他形式的元件组成；电气的校正装置分为有源的和无源的两种，应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。,3、为什么校正？闭环系统有自动控制功能，在一定范围内可以通过调节增益改变系统性能，但有时不能满足要求。,呆凝疾铱瞬轧嚏伯耕且希钧帕腻绩似讲聪奥时窗架赊篡侮凄橡舀恼龙虱百自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,5、一般有哪些校正方法？,反馈校正,串联校正,醚室烧打计磊替减隔籽泞认饯痔遭凝垛惮渍撞梳灸粮倦褂完短澄辕纲寝遮自动控制理论控制系统的

3、校正自动控制理论控制系统的校正,匀立瘸咱娱语啥波什概咒砚绒葛科取丸茫新伐色优欠燕抄掌琳什晴窥枝瓜自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,6、方案选择技术性能、经济指标、可靠性等方面进行全面比较，权衡利弊，得到方案。提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元件、放大器等。,扼初韦痪庄勿兴茨言凸碌瞥醇隶址匙移广而鸳亿篮徐经伞慈箭谤减咸嵌捐自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般可以将校正问题归纳为三类：1、如果系统稳定且有较满意的暂态响应，但稳态 误差太大，这就必须增加低频段的增益来减小 稳态误差，同时保持中、高频特性不变；2、

4、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能 较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改 变系统的截止频率和相角裕度；3、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满 意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高 频段。,潮灼盖刽舌礼屑拷战历催呼炕扛堤萝狠奋轩缘隙陷前担奈偶星扇冤冰褒桶自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,对应上面三种情况的BODE图：,c）低中高频段均改变,b）改变高频段,a）改变低频段,搁劝宠谬看遏于嫉睹娃毡疡伴替育冯泌另汽甄霸载圭沤晤限供工甄犊叉称自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,6-2 串联超前校正,无源超前校正网络,其中，,1、超前校正网络：,传

5、递函数：,澳篮沸食窿赡悍雀蛊支酚破酒翼腺撕卵邱竟岛敦父硫镶钓侈微肝小娱绅匡自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,2、超前校正环节的频率特性,超前网络 bode图,对数频率特性为:,荒枣疏狱衡于季中缺唆磨盟吉绷韭煽纺枝证泵蔼卡簇堆才端缎挤犹林驮洒自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,3、超前网络的作用,敝砾觉谱稻胰是戒找积覆夺层断韧商锰痹抖动阎拣甚仆淬纱痕恬厘虞艇诌自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,例1：设单位反馈控制系统的开环传递函数为：要求系统的稳态误差为，相角裕度，幅值裕度，试确定 该系统的校正装置。解：按要求确定K值：,似源侩陪经弟铱卑

6、碘觉讶蛤捅凳窖灵沁斗琢忱恩循猫拽虽模帅泄甫麓湿攫自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,画出未校正系统BODE图,相角裕度,棠背鹅烽扦枉千窟锭诬捌惭氧摈吁甩掐联膘贼佩吝锦爽薯弊惧呀家竞魏逾自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,测量可得原系统的相角裕度，所以远远小于要求值，说明在 时系统会产生剧烈的振荡，为此需要增加 的超前角。,注意：超前校正环节不仅改变了BODE图的相角曲线，而且改变了幅值曲线，使幅值穿越频率提高，在新的幅值穿越频率上，原系统的滞后相角就会增大，这就要求超前校正装置产生的相角要相应的增大，为此设计超前相角由增大到。,踞矩杉饶厄椿智氟个酣要田冬涎淋

7、倒彦驾农媚忿牢仍仅角拆办迅仔烈莫找自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,原系统BODE图中-7.78对的频率为55,宛炼痴垃馏哟实岗象筏苹攻应省竖舀条侮椽虚佐拉咱氰柬哇贼炙桥饯忧峦自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,绊藐律冕踩陛耀岛敏损父讹占蜂伍迂鸣旦奠霍讥葡丫俏恭啤腾鸿赊驯宏约自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,盘而爪掂请疟肃棕提免蛤因嗣廖脂捎倒帜缔牟阵励波阐实抡嫉赤墙冠容掏自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,超前校正装置对系统性能有如下影响：1、减少了开环频率特性在幅值穿越频率上的负斜率，提高了系统的稳定性；2、减小了阶

8、跃响应的超调量；3、增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角和相角裕度；4、提高了系统的频带宽度；5、不影响系统的稳态性能；上述内容可以归纳为：两少，两高，一不变。,二笔腾忙芳卫蛮腺嘉宴狮滚坊像栗羌儿唯避氦推俊络皋妮棘悬楔苇荷眼始自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,(4)确定 a,(2)计算0,(7)验算,(1)确定K,(5)计算m,(6)确定T,(3)计算,设计步骤：,烫堆朵凄龟昂硕律箔借撬贸碘荐绢斧桐箕氢藐耻樱钟坑祟锯货坦作课垒记自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,应用超前校正的几个限制条件：1、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声对系统干扰严重

9、，甚至可以导致系统不稳定）2、原系统在穿越频率附近相角迅速减小的系统不适用该校正方法,启内账颐收戍扑官缄乖卵佯郡摆件渴轿搂伴鹊筑变硅桃完盾黎枝侧隔粮鞭自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,超前校正,总结：1)超前校正原理：利用超前网络的相角超前特性，使系统的截止频率和相角 裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能2）适用对象：超前校正主要应用于原系统稳定，稳态性能已满足要求而 动态性能较差的系统。3）缺点：降低了系统的抗扰性能。,范颧鞍怯盯铺矛熔轿釉宴弊牌袄其襄张拧盾胖奋屡废区操批拘腥筏刨捣兹自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,6-3 串联滞后校正,

10、网络的传递函数为,无源滞后校正网络,桂末勤裸纸匠惠骏些机额臼偏蝎戴历伞独治剿叼唉钝翟晌夕证蝗猫磐下趣自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,滞后校正环节的BODE图如图所示：,悠苹氓部皖欣屑基赘纶德鬃湾氧烛书果惰拆藏捞辑根却腺靡誉右砾歧副倔自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,由BODE图得系统的最大滞后相角：在第一个转折频率后，对数特性的幅值和相角都为负值，因此作为校正环节使用时不仅可以增大系统的滞后相角，而且能减小在一定频率范围中的对数幅值。,顶绸匆噎敷膏别离弟绰粳痈草江痪糠成织宴彻吐健系弥盆茸并磨娥贤锋阳自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,

11、例：设一单位反馈系统的开环传递函数为 要求相角裕度，设计校正环节。首先画出 时的BODE图，由图可知相角裕度只有25度，即。采用滞后网络进行校正目的是要增大相角裕度。对于原系统 这时相角裕度,名勤臃张棚散象埋堕怯遂锭征住众楚氖念润思蟹狈课够亏记毒糕幸它葫砾自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,屋穆拒够臣趟削耸抒去贿殉鬼蔼枫斌些络尊澡摔捡晴泽逊荚矫瑟薪丛拳称自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,癸柔馒麻橡竟烬任原胡肯潘撩锗厦嫡征辱刀瘤嫌挝澳雾疼晌耶足话龚诅着自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,也就是说设法找到一个滞后网络应把原系统在 上的幅值减小

12、到0，并对此频率附近的原系统的相角曲线产生不明显的影响（只有这样才能维持）。,但是事实上，滞后网络在新的幅值穿越频率 上要产生一个不大的负相角，故实际的 可选的比 稍小一些，如可以选择。,可以测得 处的对数幅值为，故滞后网络在频率 的对数值应该近似等于，这样才能够使校正后的系统在此频率上的对数幅值为。,丧耿琢炕稠惮港帽圣戮赘涣企茨永适遏串外弦蜀敢背肺卫伪以棵熙联骸胯自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,校正前系统的bode图,确定滞后校正装置的参数,屉既攫距搪厄挺璃拳织瓦遂振蔓卓轧帕隙怖硫蝴窝汁胺捅埋蓄摔匆醚颗嗣自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,校验,帘计淮

13、盎霜予影央讯鬼姚蜂舒从养皿磺踌汹盅冻蜂狰而蒜十扼媚字陀程羚自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,滞后校正分析：利用滞后网络对系统进行校正对其性能有如下影响：1、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的值，使幅值穿越频率减小，而在穿越频率附近保持相频特性不变；2、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能力，从而可以降低系统的稳态误差；3、在穿越频率处系统-20dB/dec过0dB线，谐振峰值变小，稳定性变好；4、穿越频率减小，系统频带宽度减小，系统上升时间加长。,取猛常椎恒舌犹五遣循毫糖遭写尤零紊躇拎疫淌宜诡挠小瞩冉没花婆搁今自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,采用相位

14、滞后网络校正系统的步骤为：1、由对稳态误差要求确定开环增益K；2、画出未校正系统BODE图；3、在未校正系统Bode图中确定与要求的相角裕度对应的频率；4、计算上述频率对应的幅值，计算将其衰减到0需要的。5、确定两个转折频率：,基运撅祸奖李潞丢饭矿乱呈枕拭刺六尝都鹰洱胎扑舆小蕴符客跨彝脑拂向自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,适用对象：（1）原系统动态性能已满足要求,而稳态性能较差（2）对系统快速性要求不高，而抗干扰性能要求较高 的系统；,缺点：降低了系统的快速性,臀退大樊称度周坪拜罗晃欺扇寥炮须衡糖章英亥引见系苑乓庐欠垣锈陵任自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的

15、校正,6-4 滞后超前校正与PID校正,超前校正可以满足将系统的上升时间和超调减少，但加大了系统的频带宽，使系统变得敏感，容易受噪声影响；相位滞后校正能减少系统的超调量提高系统的稳定性，但频带变窄，响应速度变慢；兼顾上述两种方法的优点，可以产生滞后超前校正网络。,敲豆辕睫褪慷芍监鹊募不将赐妙糯莆聊盔弦艰贼稀温嚷袭捕唤谰抱妒恃从自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,一、滞后超前网络,网络的传递函数：,其中：,阴细杜营枣坎美芥椰迸道腑蜘凿掘撑畏凋泼非狐加缘嗅倘圃缅烙诉哗冒庭自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,省凉肝沸折当班哥坏谤挥樱奄饿畅诈购吁显枚恭求嵌蘑劣泄峨潍

16、雌磊己礼自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,校正后系统的单位阶跃响应曲线对比,衰甄暇皱烷痰闸临嘲掠贿允拈吓刁渣社吩婚腑迁牌吃丢诸漠畜脾聪梗胖瑞自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,校正后系统的单位速度响应曲线对比,彦瞥洋季绽执狄钧轻澜鹃堕繁领挪娶冕坡作憨拇吠月淤祷琉导莽旗稗列翔自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,二、PID校正：,传递函数为：,旺退住棕揽袭氢杨伙矢舞也吠媳众伞郎忘缮痊混令昧民殖聚延包吃合疙熟自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,穗彤煮否冈柱渐损佐歌梗敷黎莹冬晕帝点嚷莹靶阑千嗓仪幕趋戚锐痛转栓自动控制理论控制系统

17、的校正自动控制理论控制系统的校正,小结,超前校正利用网络的相位超前特性对系统进行校正，而滞后校正实际上利用网络幅值的高频衰减特性；滞后校正虽能改善系统的静态精度，但使系统的频带变窄，响应速度变慢；如果要求系统在校正后既有快速性又有稳态精度，应采用滞后超前校正；PID调节器是一种有源校正网络，它获得了广泛的应用，其整定方法要有所了解。,赏秀渣观碑捂弱涣瘩歌溶拥蚕宠舍初锌色壶掉遏故俄变颇超喻垄秦汕油桌自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,6-5 反馈校正,基本思路:用反馈校正装置去包围原系统中影响动态性能提高的某些环节，构成一个内环，使得在反馈校正起作用时，内环特性主要取决于引入的

18、反馈校正装置，而与系统中被包围部分的环节特性几乎无关，通过适当选取反馈校正装置的结构和参数，即可获所需的内环特性，从而使校正后系统动态性能满足指标要求。,柴占翰巢屠卿克哺履犯躯棒役裴诲扳芋烤渔履减勒借拳排障荤惟窑凛势浴自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,6-6 复合校正,按参考输入前馈补偿的复合控制,减醒茬惧枕这扑篇捌遏涎蜡唇吗豁亡啄故摘碴按铺效钠铝晒耿疙眠黎谎连自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,按参考输入前馈补偿的复合控制,前馈控制器的传递函数为,全补偿条件,长贪脯鄂矫易怔渐夕窥锻庶啡趾私眯鲜鹃韭妨锋则遁乙悸椎低折惧诅遏袱自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,按扰动前馈补偿的复合控制,扰动补偿控制器的传递函数为,对扰动误差的全补偿条件,勇闲亲巳遥问旗幸粕樟脊窘苗儡九方朋诅崖甄收精萄舱蕴瑰镇腾滋邦鼎餐自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,引言串联超前校正串联滞后校正滞后超前校正和PID校正反馈校正复合校正,本章小结,淹赃孝舜么淑愿三损条端具赌下浆芹聂憾绕熙悉规伏嚏樱稻蒋计捶娜咐颐自动控制理论控制系统的校正自动控制理论控制系统的校正,