第七章控制系统综合校正详解.ppt

* * * * 2010年 控制工程基础1(第七章） 7 控制系统的综合校正 7.1 系统的性能指标 7.2 系统的校正概述 7.3 串联校正 7.4 反馈校正 7.5 用频域法对系统进行设计与校正 7.6 机电反馈控制系统综合校正举例 7.7 确定PID参数的其它方法 常用的时域指标有： 最大超调量 ； 调整时间 ； 峰值时间 ； 上升时间 ； 7.1系统的性能指标 开环频域指标 —— 开环剪切频率 (rad/s) ；  —— 相位裕量(°)；  —— 幅值裕量；  —— 静态位置误差系数；  —— 静态速度误差系数；   —— 静态加速度误差系数。 闭环频域指标 —— 谐振角频率； —— 闭环截止频率，频率 的范围称为系统的闭环带宽。 —— 复现频率，当频率超过 ，输出就不能“复现”输入，所以， 表示复现低频正弦输入信号的带宽，称为复现带宽，或称为工作带宽； —— 相对谐振峰值， ，当时， 与 在数值上相同； 综合性能指标(误差准则) 1. 误差积分性能指标 误差： 因为 所以 在无超调的情况下，误差 总是单调的，因此，系统的综合性能指标可取为 例1 从使 I 减小的角度看，K 值选得越大越好。 解: 当 时，误差的拉氏变换为 有 设单位反馈的一阶惯性系统方框图如下图所示，试确定能使 I 值最小的 K 值。 2．误差平方积分性能指标 若给系统以单位阶跃输入后，其输出过程有振荡时，系统的综合性能指标可取为 7.2 系统的校正概述 校正的分类： 串联校正、反馈校正、顺馈校正和干扰补偿 7.3 串联校正 超前校正 其传递函数为 令 超前校正网络 超前校正网络的频率特性 超前校正网络的作用 增强稳定性； 提高快速性(带宽增加)； 不能改善稳态精度。 滞后校正 其传递函数为 令 滞后校正网络 滞后校正网络的频率特性 滞后校正网络的作用 以牺牲快速性(带宽减小)来换取稳定性； 允许适当提高开环增益，以改善稳态精度。 滞后-超前校正 其传递函数为 令 滞后-超前校正网络 滞后-超前校正网络的频率特性 PID 调节器 在机电控制系统中，最简单最通用的校正装置是比例-积分-微分校正装置，简称为PID校正装置或PID控制器。这里 P 代表比例，I 代表积分，D 代表微分。 PID控制具有以下优点： (1) 原理简单，使用方便。 (2) 适应性强，可以广泛应用于机电控制系统，同时也可用于化工、热工、冶金、炼油、造纸、建材等各种生产部门。 (3) 鲁棒性（Robust）强，即其控制品质对环境和模型参数的变化不太敏感。 比例调节器 (P 调节) 式中 称为比例增益。 其传递函数表示为 在比例控制器中，调节规律是：控制器的输出信号与偏差成比例。其方程如下： 从减小偏差的角度出发，我们应该增加 ;但另一方面，增加 通常导致系统的稳定性下降。因此在设计时必须合理地优化 。 在积分控制器中，调节规律是：偏差 经过积分控制器的积分作用得到控制器的输出信号 。其方程如下： 积分调节器(I 调节) 式中 称为积分增益。 其传递函数表示为： 积分控制器的显著特点是无差调节。 在微分控制器中，调节规律是：偏差经过微分控制器的微分作用得到控制器的输出信号，即控制器的输出与偏差的变化速率成正比。其方程如下： 微分调节器(D 调节) 式中 称为微分增益。 其传递函数表示为： 微分调节器对被调量的变化趋势进行调节，及时避免出现大的偏差。 * * * *