第8章控制系统的综合与校正.ppt

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1、1,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,2,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,3,系统综合与校正的概念,我们知道，在构造控制系统时，为了满足性能指标，适当地改变控制对象的动态特性，可能是一种比较简单的方法。但是，在很多实际情况中，由于控制对象可能是固定的和不可改变的，所以上述方法行不通。因此，必须调整固定的控制对象以外的参数。因此，这里要研究的设计问题，就变成了一种通过加校正装置来改善系统性能的问题。,在经典理论中,控制器

2、,受控系统,控制系统,4,系统综合与校正的概念,控制系统设计，实质上就是控制器设计。对于不同的系统，对于不同的设计方法，控制器也称为补偿器、校正装置（校正器）。在经典控制理论中，系统综合的关键是校正装置设计。而在现代控制理论中，系统综合的关键是控制器设计。,何谓综合？,对于给定的受控系统，确定其控制规律，即设计控制器的结构及其参数，使系统的过程满足事先规定的性能指标。,在已知受控对象的特性和要求的系统性能指标，构造一个控制系统，称为系统综合。,5,系统综合与校正的概念,为了改善控制系统的稳态和动态性能，需要在系统中加入适当的校正装置，使系统的整个特性满足给定的各项性能指标要求。,系统校正,所谓

3、校正，就是改变系统的动态特性，使系统满足特定的技术要求。通过改变系统结构或在系统中加入一些参数可调的装置，以改善系统的稳态、动态性能，使系统满足给定的性能指标。为了满足性能指标而加进系统的装置，称为校正装置。,6,系统校正的实质,现代控制系统实质上就是计算机控制系统，传统的校正技术和校正装置已被算法和计算机取代。但其设计思想和技术仍然是重要的。,改变系统的极点数目和极点位置。,校正可以归结为设计一种滤波器，这种滤波器具有的特性能够补偿控制对象不希望的且不能改变的特性。我们把校正装置与不能改变的传递函数G(s)进行串联，以获得必要的动态特性。因此，设计的主要问题将是如何恰当地选择校正装置G(s)

4、的极点和零点，以改善系统的动态特性，使系统性能指标得到满足。,请注意，如果说用经典控制理论设计控制系统的关键是系统校正，那么现代控制系统设计巳归结为控制器的设计了。而后者是前者的继承与发展。,7,增加极点和零点的影响,增加零点的影响,增加极点的影响,在系统的开环传递函数中增加极点，会降低系统的相对稳定性，增加系统响应的调整时间。增加积分控制相当于增加位于原点的极点，因此降低了系统的稳定性。,在系统的开环传递函数中增加零点，会增加系统的稳定性，减小系统响应的调整时间。增加零点意味着对系统增加微分控制，其效果是在系统中引入超前相位，且加快瞬态响应。,8,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正

5、的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,8.1 系统性能指标及其计算,时域性能指标,动态性能指标,例题8-1,稳态性能指标,稳态误差、无差度、开环放大系数,例题8-2,频域性能指标,开环频域指标,闭环频域指标,幅值穿越频率c，幅值裕度Kg，相位裕度,谐振峰值Mr，谐振频率c，频宽b,10,例8.1,已知系统传递函数为,求最大超调量 Mp，峰值时间 tp 和调整时间 ts,11,稳态误差的概念与计算,单位反馈,调用计算稳态增益的指令,K=degain(sys),也可用来计算系统阶跃响应的稳态值和稳态误差。,例题8-2,12,例8.2,已知单位负反馈系统的开环

6、传递函数为,求其单位斜坡输入时，系统的稳态误差。,13,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,14,8.2 系统校正的MATLAB编程,主要校正方式,控制系统设计的主要方法,时域设计,频域设计,相位滞后校正,PID校正,15,常用串联校正装置的作用,相位超前,相位滞后,滞后超前,利用相位超前特性改善系统的动态特性，使系统的带宽增加，响应速度变快。,利用高频幅值衰减特性，在不影响动态特性的前提下，改善系统的稳态特性。,同时改善系统的动态、稳态性能。,微分作用D,积分作用I,积分微分作用ID,16,8.2.1 相位

7、滞后校正,相位滞后校正,利用高频幅值衰减特性，在不影响动态特性的前提下，改善系统的稳态特性。,17,相位滞后校正：例83,先确定增益Kc使系统具有希望的稳态精度，再确定校正装置的转折频率使系统具有希望的相位裕度。,相位滞后校正设计思想：,=60,开环增益 K0=49,18,仿真结果,19,仿真结果,20,8.2.2 PID校正,PID控制器是一种线性控制器。它将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID控制规律的微分方程式为,KP比例系数；TI积分时间常数；TD微分时间常数,PID传递函数,21,例84,设计PID控制器,Ka10,c4rad/s,(c)50,22

8、,例84仿真结果,23,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,24,8.3 控制系统设计举例,汽车悬架系统控制主动悬架,阀控液压马达速度控制系统,25,8.3.1 汽车主动悬架系统,输入信号u,输出信号x1,车身位移,主动控制力,干扰信号W,控制目的,通过调整控制力u，使汽车在任何路面上行驶时，车身振动小，且振动衰减快。,26,汽车悬架的主动控制,车身,加速度传感器,控制器,车桥,悬架弹簧,可调阻尼（减振器）,路面激励（扰动输入）,车身振动（输出）,路面,轮胎刚度,主动悬架实际上是一个恒值控制系统。它通过检测到的车身振动加速度、速度来控制空气弹簧的刚度、悬架阻尼以及参数之间的匹配关系，从而抑制路面扰动激励引起的车身振动，使车身振动尽可能小，达到提高汽车平顺性的控制目的。,27,1.系统建模,m1,m2,fks,fb,u,fkt,28,被动悬架框图,29,2.构造闭环控制系统,30,3.建立MATLAB模型,31,4.仿真结果,32,4.仿真结果,33,8.3.2 阀控液压马达速度控制系统,34,仿真程序,35,仿真结果,36,第8章 控制系统的综合与校正,系统综合？校正的实质？,系统性能指标及其计算,系统校正的MATLAB编程,控制系统设计举例,