控制系統(tǒng)的校正方法

第五章

控制系統(tǒng)的校正方法第五章

控制系統(tǒng)的校正方法第五章

控制系統(tǒng)的校正方法第五章

控制系統(tǒng)的校正方法第五章

控制系統(tǒng)的校正方法第五章

控制系統(tǒng)的校正方法第五章

控制系統(tǒng)的校正方法我們已經(jīng)系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)分析的方法。即時(shí)域分析法和頻率特性法。介紹了控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的估算方法，影響性能指標(biāo)的因素，以及改善系統(tǒng)性能指標(biāo)的可行途徑，并揭示了控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的矛盾性，從而為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)不但要求絕對(duì)穩(wěn)定，而且要求具有一定的穩(wěn)定裕量，即相對(duì)穩(wěn)定性，以保證系統(tǒng)具有滿意的性能指標(biāo)。5.1校正的基本概念5.1.1控制系統(tǒng)的校正及其思路在控制工程中，為了滿足特定任務(wù)的要求，總是預(yù)先給出控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，要求設(shè)計(jì)出一個(gè)有良好性能的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，主要反映了對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制過(guò)程的快速性、超調(diào)量和控制精度方面的要求。第五章

控制系統(tǒng)的校正方法5.1.2設(shè)計(jì)指標(biāo)⑴穩(wěn)定性⑵靜態(tài)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差ess

或位置誤差系數(shù)Kp

、速度誤差系數(shù)Kv和加速度誤差系數(shù)Kａ

。⑶動(dòng)態(tài)指標(biāo)時(shí)域：調(diào)節(jié)時(shí)間ts、超調(diào)量

σ%和峰值時(shí)間tp

；或確定系統(tǒng)主導(dǎo)極點(diǎn)位置。頻域：穿越頻率ωc

和相位裕量γ

。5.1.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)⑴串聯(lián)校正第五章

控制系統(tǒng)的校正方法⑵串聯(lián)加局部反饋校正

當(dāng)串聯(lián)校正不能完全滿足動(dòng)態(tài)性能的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求時(shí)，選擇加局部反饋校正，通過(guò)改變被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)。⑶串聯(lián)反饋加前饋校正①對(duì)給定值的前饋校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示第五章

控制系統(tǒng)的校正方法②對(duì)擾動(dòng)值的前饋校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)設(shè)計(jì)的串聯(lián)反饋控制系統(tǒng)已經(jīng)基本滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求時(shí)，加入對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的前饋校正可以提高系統(tǒng)抗拒干擾的能力，且包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。第五章

控制系統(tǒng)的校正方法5.1.4系統(tǒng)校正的方法系統(tǒng)校正的方法可以采用時(shí)域法、根軌跡法和頻域法。當(dāng)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是以頻域指標(biāo)形式給出時(shí)，一般采用頻率法校正。本章只討論頻率法校正問(wèn)題。讀者若想了解更多的校正方法，請(qǐng)參閱其它書(shū)籍。第五章

控制系統(tǒng)的校正方法5.2串聯(lián)校正典型環(huán)節(jié)特性在控制工程中，串聯(lián)校正應(yīng)用比較廣泛。串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的特性按照其頻率特性上相位超前或滯后的性質(zhì)可分為三類：超前校正、滯后校正和滯后超前校正。以下分別介紹典型的超前、滯后和滯后超前校正環(huán)節(jié)的特性。5.2.1超前校正環(huán)節(jié)特性

超前校正裝置的傳遞函數(shù)為：超前校正裝置最大的超前相角為：產(chǎn)生超前相角最大值的頻率為：

第五章

控制系統(tǒng)的校正方法若控制系統(tǒng)不可變部分的頻率特性在截止頻率附近有相角滯后，利用校正裝置產(chǎn)生的超前角，可以補(bǔ)償相角滯后，用來(lái)提高系統(tǒng)的相位穩(wěn)定裕量，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。5.2.2.滯后校正環(huán)節(jié)特性

滯后校正裝置的傳遞函數(shù)為：如果把滯后校正裝置配置在低頻段，系統(tǒng)的相頻特性變化很小，即系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性變化不大，但開(kāi)環(huán)增益卻因此可以提高，使穩(wěn)態(tài)性能得到改善。在控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性較好，需要改變其穩(wěn)態(tài)性能時(shí)，采用滯后校正，可以提高穩(wěn)態(tài)精度，而對(duì)動(dòng)態(tài)特性不產(chǎn)生大的影響。這是滯后校正裝置的主要用途之一。第五章

控制系統(tǒng)的校正方法5.2.3滯后—超前校正環(huán)節(jié)特性滯后校正主要用來(lái)改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，超前校正主要用來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量，改善動(dòng)態(tài)性能。如果把二者結(jié)合起來(lái)，就能同時(shí)改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，。這種校正方式稱為滯后-超前校正。5.3用頻率特性法設(shè)計(jì)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)若系統(tǒng)的性能指標(biāo)以穩(wěn)態(tài)誤差、相位裕量和增益裕量等頻域指標(biāo)表示，那么用頻率特性法設(shè)計(jì)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)是很方便的。在Bode圖上把校正環(huán)節(jié)的幅頻和相頻曲線分別加在原系統(tǒng)的幅頻和相頻曲線上就能清楚地顯示校正環(huán)節(jié)的作用，同時(shí)也能方便地根據(jù)性能指標(biāo)確定所需要的校正環(huán)節(jié)。5.3.1希望的開(kāi)環(huán)頻率特性低頻段增益應(yīng)足夠大，以保證穩(wěn)態(tài)精度的要求；中頻段一般以

的斜率穿越零分貝線，并維持一定的寬度，以保證合適的相位裕量和增益裕量，從而使系統(tǒng)具