《同济大学《自动控制原理》第六章+控制系统的综合与校正.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同济大学《自动控制原理》第六章+控制系统的综合与校正.（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 第六章控制系统第六章控制系统 的综合与校正的综合与校正 同济大学同济大学 汽车学院汽车学院 控制工程基础控制工程基础 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 第六章 控制系统的综合和校正 6.1 概述 6.2 串联校正装置的形式及其特性 6.3 用频率特性法确定串联校正装置 6.4 反馈校正 6.5 复合校正 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统
2、的综合与校正 控制系统 不可变部分 执行机构 被控对象 检测装置 可变部分 （放大器）、校正装置 迫使系统满足给定的性能 (设计系统) 校正实质1：通过引入校正装置的零极点，来改变系统的零极点分布 频率特性的整形 校正实质2： 频率特性整形，满足期望的频率特性 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 调整增益（变小） 相角裕量增加 稳态误差增加 !大多数情况下，只调整增益不能使系统的性能 得到充分地改变，以满足给定的性能指标。 L() () 0 0 180 1 =0 G(s) G(s)/K c1 c 一种简单的控制器(增
3、益调整) 稳态误差和相角裕量构成矛盾！ School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 控制系统的设计任务： 根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器， 使系统能成为给定性能指标的控制系统。 校正(补偿)：通过改变系统结构，或在系统中增加 附加装置或元件对已有的系统（固有部分）进行 再设计使之满足性能要求。 控制系统的设计本质是寻找合适的校正装置！ (校正装置) School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 控制系统的性能指标 稳态精度 稳态误差ess 过渡过
4、程响应特性 时域：上升时间tr、超调量Mp、调节时间ts 频域：闭环: 谐振峰值Mr、谐振频率r、带宽b 开环: 增益裕量Kg、增益交界频率c 、相位裕量 时域指标 频域指标相互转换 物理意义明确直 观,但无法直接 用于频域综合 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 本章介绍的系统校正采用频率响应设计法 频率特性图可以清楚表明系统改变性能指标的方向。 频域设计通常通过Bode图进行处理起来十分简单。 （当采用串联校正时，使得校正后系统的Bode图即 为原有系统Bode图和校正装置的Bode图直接相加） 对于某些数学模型
5、推导起来比较困难的元件，如液 压和气动元件，通常可以通过频率响应实验来获得其 Bode图。 在涉及到高频噪声时，频域法设计比其他方法更为 方便。 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 1、综合法（期望特性法） 根据性能指标要求确定系统期望的特性， 与原有特性进行比较，从而确定校正方式、校 正装置的形式及参数。 校正方法 固有特性 系统要求的 品质指标 选定的 校正装置 “-” School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 2、分析法（试探法） 直观、设
6、计的校正装置物理上易于实现。 固有特性 系统要求的 品质指标 系统的品质 不符要求则重选校正装置 选定的 校正装置 “+” “-” ！分析法或者综合法都可应用根轨迹法 和频率响应法实现。 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 校正方式 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 校正方式取决于 系统中信号的性质；技术方便程度；可供选择的元 件；其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）； 经济性 串联校正 设计较简单，容易对信号进行各种必要的变换， 但需
7、注意负载效应的影响。 反馈校正 可消除系统原有部分参数对系统性能的影响， 元件数也往往较少。 复合校正 扰动可测，既能改善稳态性能，又能改善动态性能 。 同时采用串、并联、复合校正 性能指标要求较高的系统。 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 低频段 (第一个转折频率1之前的频段)稳态性能 中频段 (1 10c) 动态性能 高频段 (10c 以后的频段) 抗干扰（ 噪声抑制） 三频段 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 低频段 稳态误差系数
8、 0型系统 KpK； Kv Ka0 I型系统 Kp；Kv1 ；Ka0 II型系统 Kp；Kv；Ka= 22 中频段反映系统的相对稳定性和快速性 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 一个设计合理的系统的三频段 中频段的斜率以20dB为宜； 低频段和高频段可以有更大的斜率 低频段斜率大，提高稳态性能；(系统型别高) 高频段斜率大，排除干扰。 但中频段必须有充分宽的频带，以保证使得系统具 备适当的相位裕量，同时能抵抗一定的参数变化 ！ c的大小取决于系统的快速性要求。 c大快速性好，但抗扰能力下降。 School of A
9、utomotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 第二节：串联校正装置的形式及其特性 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 相位超前 相位滞后 相位滞后超前 校正装置 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 相位超前校正装置 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 超前校正装置的作用： 补偿系统相角滞后，增加相角稳定裕度，提高稳定性
10、，改善动态品质。 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 校正装置 无源校正网络：阻容元件 优点：校正元件的特性比较稳定。 缺点：由于输出阻抗较高而输入阻抗较低，需要另 加放大器并进行隔离; 没有放大增益，只有衰减。 有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器 优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。 缺点：特性容易漂移。 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 无源网络 有源网络 校正网络的实现 School of Automotive stu
11、dy 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 相位滞后校正装置 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 滞后校正装置的作用： (1)提高系统低频响应增益 ; (2)利用高频幅值衰减特性,以降低系统的开环截至频率,提高系统的相角裕度. 选择滞后网络参数时: School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 无源网络 有源网络 校正网络的实现 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统
12、的综合与校正 相位滞后超前校正装置 带阻滤波器 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 滞后-超前校正装置的作用: 利用校正网络中的超前部分改善系统的瞬态性能,而利用校正网络的 滞后部分提高系统的稳态精度. 无源网络 校正网络的实现 通过选择适当参量,使其具有两个不相等的负实数极点,则有 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 有源网络 写成另一种形式 PIDPID调节器调节器 School of Automotive study 同济大学汽车学院
13、 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 PID控制 PID (Proportional Integral Derivative )控制： 对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算变换后 形成的一种控制规律。 PD控制 P控制 PID控制 PI控制 比例P Kp比例系数 微分D Td微分时常数 积分I Ti积分时常数 ！以串联校正为主 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 是控制工程中技术成熟、理论完善、应用最 为广泛的一种控制策略。 P、PI、PD 或PID 控制 适用于数学模型已知及大多数数学模型难以确 定的控
14、制系统或过程。 PID 控制参数整定方便，结构灵活 PID控制 数字PID 控制 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 P控制对系统性能的影响： 开环增益加大，稳态误差减小； 幅值穿越频率增大，过渡过程时 间缩短；系统稳定程度变差。 原系统稳定裕量充分大时才采用 比例控制。 对系统性能的 影响正好相反。 ！比例控制器实质是一 种增益可调的放大器 Kp1 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 微分控制具有预测特性。 Td 就是微分控制作用超前于比
15、例控制作 用效果的时间间隔。 微分控制不可能预测任何尚未发生的作用。 PD控制 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 相位裕量增加，稳定 性提高； c增大，快速性提高 Kp1时，系统的稳 态性能没有变化。 高频段增益上升，可 能导致执行元件输出 饱和，并且降低了系 统抗干扰的能力； 微分控制仅仅在系统的 瞬态过程中起作用，一 般不单独使用。 PD控制通过引入微 分作用改善了系统的 动态性能 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 PI控制 调节T
16、i 影响积分控制作用； 调节Kp既影响控制作用的比例部分， 又影响积分部分。 由于存在积分控制，PI控制器具有记忆功能。 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 转折频率1=1/(KpTi) 一个积分环节 提高系统的稳态精度 一个开环零点弥补积分环节对系统稳定性的不利影响 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 PID控制 一个零极点 提高稳态精度 两个负实部零点 提高动态性能 School of Automotive study 同济大学汽车学院 控制工程基础 第六章控制系统的综合与校正 在低频段，PID控制器通过积分控制作用,改善了系统的稳态性能； 在中频段
