潘丰_徐颖秦_06_控制系统的设计与校正1研讨.ppt

江南大学物联网工程学院——自动控制原理 §6.1 基本概念和方法 控制系统 运行规律性能指标 控制系统 组成结构 元件参数 系统分析 系统综合 校正与设计 时域法、根轨迹法、频域法 1. 系统校正的 基本含义 校正：就是在系统中加入一些补偿装置（其参数可以根据需要调节），从而改变系统结构，使之满足工程要求的各项性能指标。 工程实践中常用的校正方法有： 串联校正、反馈校正和复合校正（误差补偿）。 控制系统的固有部分，其特性为已知 2. 系统校正常用的性能指标： 稳态指标：稳态误差e ss；或误差系数：K p，K v ，K a 时域指标：tr ，tp ，ts ；σ% 频域指标： 开环指标：ωc ，ωx ； γ ， h 本章主要学习串联校正方法及串联校正装置的设计。 快速性 稳定性 闭环指标：ωr ，ωb ； M r ， M(0) 快速性 稳定性 经验取值 * 3. 校正装置的设计方法 分析法（频率法） 综合法（工程法、期望特性法） 系统的 固有特性 选择一种 校正装置 分析和经验 验证 性能指标 选择参数 系统的 固有特性 期望开环系统特性 系统的性能指标 校正装置的结构 确定校正装置的参数 试凑 不唯一 4. 常用的校正装置 无源RC电路网络 特点：电路接线简单，学习方便；但有负载效应，接入主系统时需增设隔离放大器。 有源运算放大器+RC双端口电路网络 特点：无负载效应，且有增益放大作用，能提高系统的带负载能力，接入系统时无需隔离放大器；但电路接线复杂。 校正的目标 使系统中、低频段满足要求，高频段可通过其它途径改善。 低频段：ω＜＜ω c， 对应系统的稳态性能。 要求有一定的斜率和高度，以保证稳态精度。一般取斜率为-20dB/dec或-40dB/dec，即校正成Ⅰ或Ⅱ型系统。 中频段：ω c 附近 对应系统的动态快速性和稳定性。 一般要求ωc 应适当大一些，以提高系统的响应速度；ωｃ处的斜率为－20dB/dec，中频宽度h=ω2 /ω1　=10~20，以满足系统的稳定性γ。 高频段：ω＞＞ω c ，对应系统的抗干扰能力。 一般高频段的斜率取- 60dB/dec 或- 40dB/dec ，以使高频干扰信号受到有效的抑制。 a) 增加低频增益 b) 改善中频段斜率 c) 兼有两种补偿 * 则：校正后 G (s)=G0(s)Gc(s) L(ω) = L0(ω) + L c(ω) Φ(ω)= Φ0( ω) + Φc (ω) 校正装置 L c (ω) = L (ω) - L 0(ω) 校正装置传函Gc(s) 对应于指标要求的期望频率特性 校正前固有的频率特性 Gc(s) R(s) E(s) C(s) G0(s) 校正前 校正装置 校正装置传函及Bode图：两种形式 §6.2 串联超前校正 6.2.1 校正原理及特点： 6.串联校正的类型： 　　根据串联校正装置的特点分三种 超前校正：φc（ω）＞0°，幅频Bode图高频段幅值抬高。 滞后校正： φc（ω）＜0°，幅频Bode图高频段幅值衰减。 滞后-超前校正：低频段φc（ω）＜0°，滞后 高频段φc（ω）＞0°，超前 * 1/αT 1/ T 1/αT 1/ T 20 20 1/τ 1/τ 90° 90° Φ m ω m 20lgα 10lgα α称为分度系数 Bode图的特点：φc(ω)＞0°，幅频Bode图整体趋势向上。 * 校正装置的特点： 对于（a）图，可得到一最大的正相移φm，此时 作用： （1）在ω的整个变化范围内，始终具有正相移。 （2）高频段幅值抬高。 ，但抗干扰能力↓。 （3）一般装设在系统中频段，用于改善系统动态性能。 γ↑ ωc↑ 可抬高的位移 可产生的最大正相移 可见， 只与α有关，且α越大，φm越大，即超前作用越强。在实际使用中为同时抑制干扰以及工程的可实现性，通常取 。 * 校正作用说明： L0(ω) L (ω) ωc ωc′ -20 -40 -20 - 40 Lc(ω) 20 L(ω)/dB ω(rad/s) L (ω) = L0 (ω) + L c(ω) 在ω c′= ω m处有： Lc(ω m )= - L0(ωm)=10lgα 超前校正装置的设计 校正的目的 利用超前校正装置具有幅值抬高和正相移的特性改