《自动控制原理 教学课件 ppt 作者 张冬妍 第6章 线性控制系统的串联校正》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理 教学课件 ppt 作者 张冬妍 第6章 线性控制系统的串联校正（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6. 线性控制系统的串联校正,线性系统校正的MATLAB实现,给系统附加具有某些典型环节的装置，来有效地改善系 统性能，这种方法称为系统校正。 按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式 可分为串联校正和反馈校正。,6. 1系统校正的基本方式和方法,基于频率特性分析法校正的基本原理： 通过所加的校正装置来改善系统的相角裕度或幅值裕度， 改善系统开环频率特性，使校正后系统具有：低频段的增 益满足稳态精度的要求；中频段对数幅频特性的斜率为 -20dB/dec，并具有较宽的频带，使系统具有满意的稳定 裕度和动态性能；高频段要求幅值迅速衰减，以减少噪声 的影响。,6. 1系统校正的基本方式和方法
2、,6. 2常用的校正装置及特性,控制系统中，具有相位超前特性的串联校正称为超前校正。,6. 2常用的校正装置及特性,超前网络对频率在 至 之间的输入信号有明显的微分作用，即比例微分（PD）控制。对数幅频特性清楚地表征超前校正装置的高通滤波特性，其最大的幅值增益为 dB，最大增益的频率范围是（ ， ），其最大超前相角对应的频率 。 最大超前相角为：,6. 2常用的校正装置及特性,超前校正网络的对数频率特性图：,6. 2常用的校正装置及特性,串联相位超前校正的优点： 增大系统相角裕度，降低系统响应的超调量。 增加系统带宽，加快系统响应速度。 超前校正的基本原理: 利用超前校正网络的相角超前特性去增
3、大系统相角裕度，以改善系统暂态响应。,6. 2常用的校正装置及特性,控制系统中，具有相位滞后特性的串联校正称为滞后校正。,6. 2常用的校正装置及特性,滞后装置在 时，对低频有用信号无衰减作用；在 时，对高频信号有一定的衰减作用，其最大的幅值衰减为 ， 值越小，这种衰减作用越强；滞后装置在频率 至 之间呈积分效应，即比例积分（PI）控制，而对数相频特性呈滞后特性。最大滞后相角 发生在最大滞后相角处的角频率 处， 最大滞后相角为：,6. 2常用的校正装置及特性,滞后校正网络的对数频率特性图：,6. 2常用的校正装置及特性,滞后校正的基本原理： 利用其高频幅值衰减特性，使校正后系统剪切频率下降，从
4、而获得足够的相角裕度。（因此最大滞后角应力求避免发生在系统剪切频率附近） 虽然滞后校正没有直接影响20lgK(与稳态精度有关)，但由于加入滞后环节为K提供了可能，从而可减小系统稳态误差。 在系统响应速度要求不高而抑制噪声能力要求较高情况下可以考虑采用滞后校正。,6. 2常用的校正装置及特性,控制系统中，具有相位滞后-超前特性的串联校正称为滞后-超前校正。,6. 2常用的校正装置及特性,滞后超前校正的作用： 超前校正：增加频宽提高快速性，加大稳定增益裕度，改善振荡情况； 滞后校正：可解决提高稳态精度和振荡性之间的矛盾，但会使频带变窄； 滞后超前校正：可全面提高系统的动态品质，使稳态精度、快速性和
5、振荡性均有所改善。,6. 2常用的校正装置及特性,滞后-超前校正网络的对数频率特性图：,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频率特性法的串联校正,6.3频
6、率特性法的串联校正,6.4 PID控制器设计,1. 比例（P）控制规律,6.4 PID控制器设计,1. 比例（P）控制规律,6.4 PID控制器设计,2. 比例微分（PD）控制规律,6.4 PID控制器设计,2. 比例微分（PD）控制规律,6.4 PID控制器设计,3. 比例-积分（PI）控制规律,6.4 PID控制器设计,3. 比例-积分（PI）控制规律,6.4 PID控制器设计,3. 比例-积分（PI）控制规律,6.4 PID控制器设计,4. 比例-积分-微分（PID）控制规律,6.4 PID控制器设计,4. 比例-积分-微分（PID）控制规律,6.4 PID控制器设计,6.4 PID控制
7、器设计,6.4 PID控制器设计,6. 5 线性系统的MATLAB实现,基于Matlab的频率特性分析法校正设计，主要利用对数 频率特性图（或伯德图）进行系统的设计， 常用的函数有： Bode对数频率特性图（伯德图）作图命令； Margin求取系统的幅值裕度和相角裕度； Bode_asymp对数频率幅频特性的渐近线(自编函数)； Semilogx半对数作图函数； Logspace用于在某个区域中产生若干频点； NyquistNyquist曲线作图命令； Phase、Abs求取复数行矢量的相角和幅值函数。,例6-6 对一给定的被控对象的传递函数为 设计一个控制器，使校正后系统的静态速度误差系数
8、，剪切频 率不小于60，相角裕度不小于 。 解：（1）根据要求的静态速度误差系数，确定系统的开环增益为K100。 （2）写出系统传递函数并计算其幅值裕度和相角裕度， 其Matlab命令语句为 G0=tf(100,conv(1,0,0.04,1); Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G0);Gm,Pm,Wcg,Wcp ans = Inf 28.0243 NaN 46.9701 w=logspace(-1,3);m,p=bode(G0,w); subplot(211),semilogx(w,20*log10(m(:) subplot(212),semilogx(w,p(:),6. 5 线性
9、系统的MATLAB实现,（3）根据校正的形式和转折频率，计算有关参数，确定校正装置。 通过下列的Matlab命令语句得到校正后系统的幅值裕度和相角裕度。 Gc=tf(0.0262,1,0.0106,1);bode(Gc,w) G_o=Gc*G0;Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G_o);Gm,Pm,Wcg,Wcp ans = Inf 47.5917 NaN 60.3251 W=logspace(-1,3);m,p=bode(Gc,w); subplot(211),semilogx(w,20*log10(m(:) subplot(212),semilogx(w,p(:),6. 5 线性
10、系统的MATLAB实现,（4）绘制校正前后系统的对数频率特性图，校正前后系统的阶跃响应曲线。 m,p=bode(G0,w);m1,p1=bode(G_o,w); subplot(211),semilogx(w,20*log10(m(:),m1(:) subplot(212),semilogx(w,p(:),p1(:) G_c1=feedback(G0,1);G_c2=feedback(G_o,1); y,t=step(G_c1);y=y,step(G_c2,t); figure,plot(t,y),6. 5 线性系统的MATLAB实现,校正前后系统的对数频率特性图比较,6. 5 线性系统的MATLAB实现,6. 5 线性系统的MATLAB实现,校正前后系统阶跃响应曲线比较,谢谢,
