控制系统的综合与校正课件.pptVIP

?综合的具体任务是选择校正方式，确定系统结构和校正装置的类型以及计算参数等，这些工作的出发点和归宿点都是满足对系统技术性能的要求，这些要求在单变量系统中往往都是以性能指标的形式给出。?(1)性能指标

?工程上，对单变量系统常用性能指标来衡量控制系统的优劣。?1)稳态指标?稳态指标是衡量系统稳态精度的指标。?2)时域动态指标?时域动态指标通常为上升时间t、峰值时间rt、调节时间t、超调量σ%等。PsP

?3)频域动态指标?频域动态指标分开环频域指标和闭环频域指标2种。?(2)系统的校正?为使系统满足性能指标而引入的附加装置，称为校正装置，其传递函数用G(s)c?表示。

图6.1串联校正

?校正装置G(s)与系统固有部分的联接方式，c称为系统的校正方案。在控制系统中，校正方案基本上分为3种。校正装置与原系统在前向通道串联联接，称为串联校正，如图6.1所示。由原系统的某一元件引

?出反馈信号构成局部负反馈回路，校正装置设置在这一局部反馈通道上，如图6.2所示，则称为反馈校正。如第1章和第3章所述对干扰和输入进行补偿的复合控制，称为前馈校正。

图6.2反馈校正

?6.1PID控制作用?6.1.1P控制(比例控制)?具有比例规律的控制器称为比例控制器(或称P控制器)，如图6.3所示。?其中：（6.1）

图6.3P控制器

?6.1.2PD控制(比例+微分)?具有比例加微分控制规律的控制器称为比例加微分控制器(或称PD控制器)，如图6.4所示。?其中：（6.2）

图6.4PD控制器

（6.3）（6.4）?式(6.4)表明，PD控制器的输入信号为正弦函数时，其输出仍为同频率的正弦函数，只是幅值改变倍，并且随ω的改变而改变。

?6.1.3PI控制(比例+积分)?具有比例加积分控制规律的控制器，称为比例积分控制器（或称PI控制器），如图6.5所示。?其中：（6.5）

图6.5PI控制器

?控制器输出的时间函数：（6.6）?讨论方便，令比例系数K＝1则式(6.5)变为：P（6.7）?由式(6.7)看出，PI控制器不仅引进了一个积分环节，同时还引进了一个开环零点。

图6.6PID控制器

?6.1.4PID控制(比例+积分+微分)?比例加积分加微分规律(或称PID控制规律)是一种由比例、积分、微分基本控制规律组合的复合控制规律。

（6.8）

?6.2基于频率法的串联校正设计?6.2.1串联超前校正?(1)超前校正装置的特性?图6.7是一个无源超前校正装置的电路图。

图6.7无源超前网络

?这样无源超前校正装置的传递函数为（6.12）?根据式(6.12)作出无源超前校正装置的对数特性，如图6.8所示。

图6.8无源超前网络的对数幅、相特性

?最大超前角：?应用三角公式改写为：（6.15）

则超前校正装置的微分效应越强。为了保持较高的信噪比，实际选用的β值一般不大于20。通过计算，可以求出ω处的对数值m（6.16）?(2)串联超前校正方法

?用频率特性法设计超前网络的步骤如下：①根据性能指标对稳态误差系数的要求，确定开环放大系数K。?②利用求得的K，绘制原系统的伯德图，主要是对数幅频特性图。?③在伯德图上测取原系统的相位裕量和增益裕量，或在对数幅频特性图上测取剪切

频率ω，通过计算求出原系统的相位c裕量γ。再确定使相位裕量达到希望值γ″所需要增加的相位超前相角?④利用下式计算超前校正装置的参数β。

?⑥求出超前校正装置的另一个参数T。2

?⑦画出校正后系统的伯德图，检验已校正系统的相角裕度γ″性能指标是否满足设计要求。验算时，已知计算出校正后系统在处相角裕度γ″()。?当验算结果γ″不满足指标要求时，需另选ω值，并重复以上计算步骤，直到满足指m标为止。重选ω值，一般是使ω=mm的值增大。

?应当指出，有些情况采用串联超前校正是无效的。串联超前校正受以下两个因素的限制。?①闭环带宽要求。?②如果原系统在剪切频率附近相角迅速减小，一般不宜采用串联超前校正。

?6.2.2串联滞后校正?(1)滞后校正装置的特性?控制系统具有满意的动态特性，但其稳态性能不能满足要求时，可采用串联滞后校正。图6.10是无源滞后校正网络的电路图。（6.17）

（6.18）（6.19）?根据式(6.17)作出的滞后网络对数频率特性如图6.11所示。（6.20）（6.21）

图6.11无源滞后网络对数频率特性

?(2)串联滞后校正方法?采用滞后网络进行校正，主要是利用其高频幅值衰减特性。?应用频率法设计滞后校正装置，其步骤如下：?①根据性能指标对误差系数的要求，确定系统的开环增益K；?②作出原系统的伯德图，