工学系统校正.pptx
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1、第八章8-3 8-3 相位超前与相位滞后校正装置相位超前与相位滞后校正装置及其特性及其特性8-4 8-4 频率法校正频率法校正 8-18-1 控制系统校正的概念控制系统校正的概念8 8-2 2 基本控制规律基本控制规律8-5 复合控制复合控制8-1 8-1 控制系统校正的概念控制系统校正的概念问题问题1 1:控制系统设计过程?:控制系统设计过程?问题问题2 2:设计出的系统性能指标不符合要求怎麽办?:设计出的系统性能指标不符合要求怎麽办?问题问题3 3:校正有几种形式,各有什麽特点?:校正有几种形式,各有什麽特点?问题问题4 4:校正的步骤怎样?:校正的步骤怎样?问题问题5 5:如何在乃氏图上
2、,说明校正装置的作用?:如何在乃氏图上,说明校正装置的作用?分析:分析:已知已知 系统模型参数系统模型参数分析法或实验法求取。分析法或实验法求取。求求 系统性能指标。系统性能指标。设计:设计:已知已知 系统所要完成的任务、被控量、性能系统所要完成的任务、被控量、性能 指标以及可靠性、经济性、体积、重量、指标以及可靠性、经济性、体积、重量、等等。等等。求求 系统部件、结构参数系统部件、结构参数控制理论的任务:系统分析、系统设计控制理论的任务:系统分析、系统设计系统设计过程:系统设计过程:提出设计要求:提出设计要求:设计固有系统设计固有系统加校正装置(并校验结果)加校正装置(并校验结果)得希望系统
3、得希望系统为使系统有较好的性能,一般均采用反馈控制为使系统有较好的性能,一般均采用反馈控制初步搭成系统,只初步搭成系统,只K K可调,其余基本不再改变。可调,其余基本不再改变。如果不能满足要求,三大指标必须进行校正如果不能满足要求,三大指标必须进行校正-加校正装置加校正装置Compensation 校正:校正:已知已知 固有系统结构、参数、性能指标固有系统结构、参数、性能指标 求求 校正装置的形式校正装置的形式 校正装置的校正装置的参数参数 校正分类:校正分类:1 1、按结构形式分、按结构形式分串、并、串并、顺馈、反馈等。串、并、串并、顺馈、反馈等。串联校正:G(s)=Gc(s)*G0(s)B
4、odeBode图:图:L(L()=L)=Lc c()+L)+L0 0()改变改变bodebode图的形状:增益、相角。图的形状:增益、相角。增加开环零、极点增加开环零、极点 PcPc、ZcZc校正装置的形式有多种:校正装置的形式有多种:可按结构、按作用等来分类可按结构、按作用等来分类相位超前、相位滞后、相位超前、相位滞后、相位滞后超前相位滞后超前局部反馈校正局部反馈校正:用局部反馈的场合比较用局部反馈的场合比较多,用于改善固有系统多,用于改善固有系统中某些部件的性能。中某些部件的性能。复合校正复合校正:前馈(顺馈)前馈(顺馈):2 2、按装置作用:、按装置作用:3 3、含源与否、含源与否有源有
5、源无源无源4 4、按响应特性校正:、按响应特性校正:按期望特性校正按期望特性校正前馈前馈+反馈:反馈:工程设计法:工程设计法:二阶最佳、三阶最佳二阶最佳、三阶最佳反馈反馈前馈前馈M1.25例:已知固有系统的例:已知固有系统的 开环传递函数为:开环传递函数为:要求校正后要求校正后Mr1.25,Kv100(1/Mr1.25,Kv100(1/秒秒)即即e essss0.010.01讨论:讨论:?若满足若满足Mr=1.25 K=1 Mr=1.25 K=1 不符合不符合ess0.01ess0.01若满足若满足Kv=100 Kv=100 即即K=100 K=100 系统不稳定系统不稳定频率法校正思路频率法
6、校正思路先满足稳态先满足稳态误差要求误差要求 用用曲线曲线在中在中 、高频段校正装置产、高频段校正装置产生作用:衰减幅值,或增生作用:衰减幅值,或增加正相角,加正相角,曲线曲线靠到靠到 以以满足满足MrMr要求要求系统校正过程:系统校正过程:分析固有系统性能指标分析固有系统性能指标 确定校正装置形式确定校正装置形式 加校正装置、校验结果加校正装置、校验结果得希望系统得希望系统 计算校正装置元件参数计算校正装置元件参数8-28-2 基本控制规律基本控制规律问题问题1 1:串联比例(:串联比例(P P)、积分()、积分(I I)、微分()、微分(D D)校正装置会对系统产生什麽作用?校正装置会对系
7、统产生什麽作用?问题问题2 2:怎样用频率特性法分析串联校正装置会:怎样用频率特性法分析串联校正装置会 对系统产生的作用?对系统产生的作用?问题问题3 3:反馈校正是如何改善系统性能的?:反馈校正是如何改善系统性能的?8-28-2 基本控制规律基本控制规律一、一、PDPD串联校正串联校正设设C C(t)(t)、e e(t)(t)如图。如图。因因de/dtde/dt为负为负,校正装置的输出将变校正装置的输出将变小小,从而使输出上升变慢从而使输出上升变慢,若参数调若参数调整合适整合适,可使可使C(t)C(t)超调小或不超调。超调小或不超调。但但,由于此时的由于此时的|-d|-de e/dt|/dt
8、|很大很大,误差将往负方向继续增加误差将往负方向继续增加,也就是系统一定产生超调也就是系统一定产生超调;当当C(t)C(t)第一次到达第一次到达c()c()处处系统误差等于零系统误差等于零;用用PDPD校正校正(k(kP P+k+kD DS)S)m(t)=k m(t)=kP P+k+kD*D*de(t)/dtde(t)/dt用用P P校正校正(k(kP P),m(t)=km(t)=kP P*e(t)*e(t)用用PDPD校正校正G Gc c(s)=K(s)=KP P+K+KD DS S其相角大于零。与固有系其相角大于零。与固有系统串联后,使系统增加了相角稳定裕量。统串联后,使系统增加了相角稳定
9、裕量。用频率法分析用频率法分析二、二、PIPI串联校正串联校正串联串联1/S 1/S 提高系统型号、精度提高提高系统型号、精度提高但由于相角小于零,稳定性降低。但由于相角小于零,稳定性降低。用用PIPI校正校正1 1、改善某一环节特性。、改善某一环节特性。2 2、改善闭环系统阻尼。、改善闭环系统阻尼。三、反馈校正三、反馈校正(改善某一扰动较大或惯性较大的环节)(改善某一扰动较大或惯性较大的环节)883 3 相位超前与相位滞后相位超前与相位滞后 校正装置及其特性校正装置及其特性问题问题1 1:相位超前(滞后)校正网络相位超前(滞后)校正网络数学模型?数学模型?问题问题2 2:相位超前(滞后)校正
10、网络相位超前(滞后)校正网络的特性是什麽?的特性是什麽?问题问题3 3:我们是怎样利用:我们是怎样利用相位超前(滞后)校正网络相位超前(滞后)校正网络的的 特性来改善系统性能的?特性来改善系统性能的?问题问题4 4:怎样改变:怎样改变相位超前(滞后)校正网络相位超前(滞后)校正网络的参数才的参数才 能符合要求?能符合要求?问题问题5 5:如何用:如何用BODEBODE图说明校正装置的作用?图说明校正装置的作用?问题问题6 6:有源校正网络有源校正网络数学模型?数学模型?883 3 相位超前与相位滞后校正相位超前与相位滞后校正装置及其特性装置及其特性一、相位超前校正网络相位超前校正网络无源阻容网
11、络组成的装置增加增加a 补偿补偿该网该网络的衰减作用络的衰减作用 Bode图校正装置能产校正装置能产生的最大相角生的最大相角由由 a a 决定决定 a a 越大越大,即两个即两个转折频率距离越转折频率距离越远,所产生的相远,所产生的相角就越大,它们的关系不是正比例关系,角就越大,它们的关系不是正比例关系,当大于当大于2020后,后,a a 再大就没有太大意义了,再大就没有太大意义了,不仅相角增加不多,还因它的中、高频不仅相角增加不多,还因它的中、高频增益太大,将导致剪切频率增益太大,将导致剪切频率提高太大,反而影响校正效果提高太大,反而影响校正效果。二、相位滞后校正装置二、相位滞后校正装置b1
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