自动控制系统的校正

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1、 6 6自动控制系统的校正自动控制系统的校正 6-16-1控制系统校正的基本概念控制系统校正的基本概念 系统分析：对已知结构参数的系统进行建模对已知结构参数的系统进行建模, ,然后对系然后对系 统进行动静态性能指标的计算统进行动静态性能指标的计算,研究其与参数关系。 系统设计：根据实际运行需要,从工程实际出发,提出期提出期 望性能指标望性能指标,然后根据控制对象,合理选择方案及结构选择方案及结构, ,计计 算参数和选择元部件算参数和选择元部件, ,建立起能满足设计指标的系统建立起能满足设计指标的系统。 固有系统:通常,系统设计中,根据己知被控对象的特点、 技术要求以及经济性、可靠性、维修方便性

2、等要求选定 系统其它部件,从而组成最基本的控制系统,称为固有系 统。固有系统固有系统中除放大器的放大系数可调外,其余参数 在设计过程中往往是不变的,故又称为不可变部分不可变部分。 校正装置:固有系统性能较差,难以满足对性能指标的要 求,必须在系统原有结构基础上引入新的附加环节必须在系统原有结构基础上引入新的附加环节( (校正校正 装置装置) )以作为同时改善系统稳态性能和动态性能的手段以作为同时改善系统稳态性能和动态性能的手段 。这种用添加新环节去改善系统性能的过程称为对控制。这种用添加新环节去改善系统性能的过程称为对控制 系统的校正。系统的校正。66自动控制系统的校正自动控制系统的校正 6-

3、16-1控制系统校正的基本概念控制系统校正的基本概念 校正方式:1.串联校正2.并联校正(反馈校正);3.复合控制校正66自动控制系统的校正自动控制系统的校正 6-16-1 控制系统校正的基本概念控制系统校正的基本概念 1.稳态性能指标：常用稳态误 差系数 给出； 2.动态性能指标： 时域指标： 开环频域指标 闭环频域指标： 复域指标：常以系统主导极系统主导极 点所允许的最小阻尼系数和最点所允许的最小阻尼系数和最 小无阻尼振荡角频率小无阻尼振荡角频率表示。 3.设计方法： (1).频率法:利用利用 校正装置改变原系统频率特性校正装置改变原系统频率特性 形状形状, ,使其具有合适的低频段使其具有

4、合适的低频段 、中频段和高频段从而获得满、中频段和高频段从而获得满 意的静、动态性能。意的静、动态性能。 (2).根轨迹法：假定校假定校 正后闭环具有一对主导正后闭环具有一对主导 共轭复数极点共轭复数极点, ,若原系若原系 统性能指标达不到要求统性能指标达不到要求 , ,则引入适当校正装置则引入适当校正装置, , 利用其零极点去改变原利用其零极点去改变原 根轨迹根轨迹, ,使通过期望主使通过期望主 导极点导极点。考虑到校正后 系统的闭环零点和非主 导极点对性能的影响, 故选择期望主导极点时 应留有余地。 (3).计算机辅助设计6-26-2常用电气型校正装置及其特性常用电气型校正装置及其特性 6

5、-2-1.超前校正装置(微分校正装置)6-26-2-16-26-2-1超前校正装置超前校正装置 H:exp603252.m 6-2-16-2-1超前校超前校 正装置正装置 exp604252.mexp604252.m 设网络对开环放大系数衰减已由放大器补偿 6-2-16-2-1超前校正装置超前校正装置exp604252.mexp604252.m 6-26-2常用电气型校正装置及其特性常用电气型校正装置及其特性66 -2-1-2-1超前校正装置超前校正装置 在在 由由1/1/T T1/(T),L()1/(T),L()的的斜斜 率为率为+20,+20,与纯微分环节的 L()斜率相同,意味着网络在意

6、味着网络在 该频率范围内对输入信号有该频率范围内对输入信号有 微分作用微分作用, ,故称微分校正网络故称微分校正网络; 在在 由由0 0 所有频率下所有频率下, ,相角相角 均为正值均为正值, ,即网络输出信号在即网络输出信号在 相位上总是超前于输人信号相位上总是超前于输人信号, , 故称为相角超前校正网络故称为相角超前校正网络。6-26-2常用电气型校正装置及其常用电气型校正装置及其 特性特性6-2-16-2-1超前校正装置超前校正装置 2.有源超前网络6-26-2常用电气型校正装置及其特性常用电气型校正装置及其特性6-2-26-2-2滞后校正滞后校正( (积分校正积分校正) )装置装置 6

7、-2-26-2-2滞后校正滞后校正( (积分校正积分校正) )装置装置exp603252.mexp603252.m6-2-26-2-2滞后校正滞后校正( (积分校正积分校正) )装置装置 6-2-26-2-2滞后校正滞后校正( (积分校正积分校正) )装置装置exp604252.mexp604252.m 6-2-26-2-2滞后校正滞后校正( (积分校积分校 正正) )装置装置因因1,1,故故网络负实数极点网络负实数极点-1/(-1/(T)T)位位 于负实数零点于负实数零点(-1/(-1/T)T)右右侧侧, ,即极点比即极点比 零点更靠近原点零点更靠近原点。若若T T足夠足夠大大, ,则滞则滞

8、 后网络提供一对靠近原点的开环偶后网络提供一对靠近原点的开环偶 极子极子, ,在不影响远离偶极子处根轨在不影响远离偶极子处根轨 迹前提下迹前提下, ,大大提高稳态性能大大提高稳态性能。6-2-36-2-3滞后滞后- -超前校正超前校正( (积积 分分- -微分校正微分校正) )装置装置.1 .1 6-2-3.16-2-3.1无源滞后无源滞后- -超前网超前网 络络exp615259.mexp615259.m6-2-36-2-3滞后滞后- -超前校正装置超前校正装置.1 .1无源滞后无源滞后- -超前网络超前网络 6-2-3.16-2-3.1无源滞后无源滞后- -超前网络超前网络 exp6162

9、59.mexp616259.m6-2-36-2-3滞后滞后- -超前校超前校 正装置正装置.2 .2有源滞后有源滞后- -超前网络超前网络 6-26-2常用电气型校正装置及其特性常用电气型校正装置及其特性: :由由 运算放大器组成的有源校正网络运算放大器组成的有源校正网络 6-26-2常用电气型校正装置及其特性常用电气型校正装置及其特性: :由运算放大器组成的有源校正网络由运算放大器组成的有源校正网络6-26-2常用电气型校正装置及其特性常用电气型校正装置及其特性: :由运算放大器组成的有源校正网络由运算放大器组成的有源校正网络6-36-3自控系统的频率法校正自控系统的频率法校正6-3-16-

10、3-1串联超串联超 前校正装置的设计方法前校正装置的设计方法例例6-6-1 1 6-3-16-3-1串联超前校正装串联超前校正装 置的设计方法置的设计方法例例6-16-1 6-3-16-3-1串联超前校正装置的设串联超前校正装置的设 计方法计方法例例6-16-1exp602264.exp602264.mdlmdl 6-3-16-3-1串联超前校正装置的设计方法串联超前校正装置的设计方法例例6-1exp602265.m6-1exp602265.m* *6-3-16-3-1串联超前校正装置的设计方法串联超前校正装置的设计方法例例6-16-1exp602264.exp602264.mdlmdl 6-

11、3-16-3-1串联超前校正装置的串联超前校正装置的 设计方法设计方法例例6-16-1 exp602264.exp602264.mdlmdl exp602265.mexp602265.m 6-3-16-3-1串联超前校串联超前校 正装置的设计步骤正装置的设计步骤 ( (1)1)由稳态误差要求由稳态误差要求, ,确定开环放大系数确定开环放大系数KK. .绘原系统绘原系统 BodeBode图图, ,求未校正系统截止频率求未校正系统截止频率 相角裕度相角裕度 和和 幅值裕度幅值裕度 ; ; (2)(2)确定校正后系统截止频率确定校正后系统截止频率 和网络的和网络的 : : 按要求值选定按要求值选定

12、, ,在图查未校正系统的在图查未校正系统的 . .取取 , ,使使 求出求出 值值. . 若事先未提出若事先未提出 要求要求, ,则由指标则由指标 要求要求, ,由下式求由下式求 超前网络最大超前角超前网络最大超前角 为校正为校正 网络引入后截止频率右移导致相角裕度减少的补网络引入后截止频率右移导致相角裕度减少的补 偿量偿量, ,一般一般, , 左右左右. ;. ;在在 查查 值为值为 的频率即的频率即6-3-16-3-1串联超前校串联超前校 正装置的设计步骤正装置的设计步骤 ( (3)3)确定校正网络传递函数确定校正网络传递函数: : (4)(4)检验性能指标检验性能指标; ; (5)(5)

13、确定校正网络电气元件参数确定校正网络电气元件参数.6-3-16-3-1串联超前校正装置的设计串联超前校正装置的设计例例6-36-3 6-3-16-3-1串联超前校正装置的串联超前校正装置的 设计设计例例6-36-3 6-3-16-3-1串联超前校串联超前校 正装置设计正装置设计例例6-36-3 exp603269exp603269. .mdlmdl exp603270.mexp603270.m 6-3-16-3-1串联超前校正装置设计串联超前校正装置设计例例6-3 exp602265.m6-3 exp602265.m* *6-3-16-3-1串联超前校正装置设计串联超前校正装置设计例例6-6-

14、3 3exp603269.exp603269.mdlmdl exp603270.mexp603270.m 6-3-26-3-2串联滞后校正装串联滞后校正装 置的设计置的设计例例6-46-4 6-3-26-3-2串联滞后校正装置的串联滞后校正装置的 设计设计例例6-46-4 6-3-26-3-2串联滞后串联滞后 校正装置的设计校正装置的设计例例6-56-5 6-3-26-3-2串联滞后校正串联滞后校正 装置的设计装置的设计例例6-56-5 H:exp605271.H:exp605271.mdlmdl H:exp605272.mH:exp605272.m 6-3-26-3-2串联滞后校正装置的设计串联滞后校正装置的设计例例6-5 exp605272.m6-5 exp605272.m* *6-3-26-3-2串串 联滞后校正联滞后校正 装置的设计装置的设计 例例6-6- 5 5H:exp605H:exp605 271.271.mdlmdl 6-3-26-3-2串联滞后校正串联滞后校正 装置的设计步骤装置