自动控制原理与应用自动控制系统的校正.ppt

第7章 自动控制系统的校正 将大惯性环节近似处理为积分环节 7.5.3　系统预期开环对数频率特性的确定 1. 系统预期开环对数频率特性 低频段 斜率为-20dB/dec或 -40dB/dec，并具有适当的增益。以保证系统的稳态精度。 中频段 要有一定的宽度；同时，穿越频率ωc应稍大一些，穿越频率处斜率一般取-20dB/dec，以保证系统的快速性。 高频段 增益要小，特性曲线衰减斜率要陡，一般为-60dB/dec或-40dB/dec，以提高系统的抗干扰能力。 2. 典型系统预期频率特性的确定 典型I型系统 框图 数学模型： 标准开环传递函数 系统固有 参数 需要选定的参数 Bode图 典型I型系统的条件： 参数和性能指标关系 其中 ----自然振荡角频率 ----阻尼比 K ξ 1 0.9 0.8 0.707 0.6 0.5 tr ? 11.1T 6.67T 4.71T 3.32T 2.42T σp% 0 0.15 1.5 4.3 9.5 16.3 φmo 76.3o 73.5o 69.6o 65.5o 59.2o 51.8o 不同K值下系统的性能指标 ξ↓→φM↑ →最大超调量σp%↓（相对稳定性好）； 但ts↓（快速性将变差）。 K↑→ “二阶最佳”设计 取 （对应ξ=0.707） 此时 σp=4.3% 为使系统既有较好的相对稳定性，又有较快的响应。 典型II型系统 数学模型： 框图 标准开环传递函数: 参数：T2一般为固有参数 K和T1为需要选定的参数。 Bode图 典型II型系统的条件：T1T2 * * 7.1 系统校正概述 7.2 串联校正 7.3 反馈校正 7.4 复合校正 7.5 自动控制系统的一般设计方法 7.6 典型控制系统设计举例 本章小结 思考题与习题 7.1 系统校正概述 一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制器的设计，这项工作称为对控制系统的校正。 所谓校正：就是采用适当方式，在系统中加入一些参数可调整的装置（校正装置），用以改变系统结构，进一步提高系统的性能，使系统满足性能指标的。 7.1.1　系统校正的基本概念 工程实践中常用的校正方法，串联校正、反馈校正和复合校正。 7.1.2　系统校正的方式 无源校正装置通常是由一些电阻和电容组成的两端口网络。根据它们对系统频率特性相位的影响，又分为相位滞后校正，相位超前校正和相位滞后-超前校正。表7-1为几种典型的无源校正装置及其传递函数和对数频率特性(伯德图)。 无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减，且输入阻抗较低、输出阻抗较高，因此在实际应用时，常常需要增加放大器或隔离放大器。本课程重点介绍有源校正装置. 有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。表7-2列出了几种典型的有源校正装置及其传递函数和对数幅频特性(伯德图)。 有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低。只要改变反馈阻抗，就可以改变校正装置的结构，因此参数调整也很方便。所以在自动控制系统中多采用有源校正装置。它的缺点是线路较复杂，需另外供给电源(通常需正、负电压源)。 7.1.3　常用校正装置 校正装置分为无源校正装置和有源校正装置两类。 伯德图 式中 式中 传递函数 RC网络 相位滞后-超前校正装置 相位超前校正装置 相位滞后校正装置 表7-1　常见无源校正装置 式中 伯德图 传递函数 校正装置 PID调节器 PI调节器 PD调节器 式中 式中 式中 表7-2 常见有源校正装置 7.2　串 联 校 正 采用串联校正的自动控制系统结构如图所示。其中Gc(s)为串联校正装置的传递函数。下面将通过例题来分析几种常用的串联校正方式对系统性能的影响。 7.2.1　比例(P)校正 比例校正也称P校正，校正装置的传递函数为 Gc(s)=K 装置的可调参数为K，其伯德图如图所示。 【例7.1】 某系统的开环传递函数为 采用串联比例调节器对系统进行校正，系统框图如图所示。试分析比例校正对系统性能的影响。 解：(1) 校正前系统性能分析。 由已知参数可以画出系统的对数频率特性曲线如图中曲线Ⅰ所示，图中 由图解可求得ωc=13.5 rad/s。则系统的相位裕量为 γ =180°-90°-arctanωcT1-arctanωcT2 =90°-arctan13.5×0.2-arctan13.5×0.01=12.3° 显然γ＝12.3°时，系统的相对稳定性较差，这意味着系统的超调量较大，振荡次数较多。 (2)