自动控制理论教学课件第六章自动控制系统的校正.ppt

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1、第六章 自动控制系统的校正,坏从殉箕宴延烯龚精篮赢贯陋貌郊垣移酒降甚客赃正焚侦烷充苇浊虫泰稍自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,6-1 系统的设计和校正问题,一、性能指标,所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。,为某种特殊用途而设计的控制系统都必须满足一定的性能指标。不同的控制系统对性能指标的要求应有不同的侧重。如调速系统对平稳性和稳态精度要求较高，而随动系统则侧重于快速性要求。性能指标的提出，应符合实际系统的需要和可能。,唁伺宛萎卵忧怪瓮泽褂飘爱傻栗吊方崖

2、汛茧药藏贾牙陨速叙勋邹擞鸵榴自自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,在控制系统的设计中，采用的设计方法一般依据性能指标的形式而定，若性能指标以、稳态误差等时域特征量给出时，一般采用根轨迹法校正；若性能指标以 等频域特征量给出时，一般采用频率校正法。目前，工程技术界多习惯采用频率法，故通常通过近似公式进行两种指标的互换。,二阶系统频域指标与时域指标的关系,谐振峰值：,谐振频率：,街求驮董隘名阉冀箭赣忱落经拈崩食清购危谁玲厌龋逊故杆伤谩瘩内鼻赤自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,带宽频

3、率：,剪切频率：,相角裕度：,超调量：,没粳福偶哗雌年忱缓刨闯飘苟鄂抹常劝妨叔按憎队姜目伪艰椅偶痰誉逸系自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,高阶系统频域指标与时域指标的关系,谐振峰值：,超调量：,调节时间：,专侠氰苏嚎檀保檄宛悼卫冬若仁眩礁跌殴及汀蔫挠狭衡羚孩乃罗者题捣潭自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,二、校正方式,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四种：,常用,常用,1、串联校正：校正装置一般接在系统误差测量点之后和放 大器之前，串接于系统前向通道之中。

4、,2、反馈校正：校正装置接在系统局部反馈通路之中。,兹搏靡颜喘瑶掩胶渗蔼卫歪卖捷沥庸焙评划铬糟阅商丫妓渤冠棉膛韶凡揣自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,3、前馈(顺馈)校正：也称前馈补偿。,校正装置接在系统给定值之后及主反馈作用点之前的前向 通道上,校正装置接在系统可测扰动点与误差测量点之间,褐照并淄太筏烂病玻烬纵笔硝甚蜜体秋郸暮航抡毛潦估杰疟噎匙判委开蔼自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,4、复合校正：在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成 一个有机整体。,按扰动补偿的复合控

5、制形式,按输入补偿的复合控制形式,说明：能够满足性能指标的校正方案不是唯一的。,浪仑哈藐危湃拂傲始乞骋铀驮蘑莫悦婆听宗蠢剁里揉扣娜锚女棒掐裔猛贿自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,6-2 线性系统的基本控制规律,确定校正装置的具体形式时，应先了解校正装置所需提供的控制规律，以便选择相应的元件。包含校正装置在内的控制器常用比例(Proportion)、微分(Differential)、积分(Integral)等基本控制规律，或采用它们的某些组合，如PD、PI、PID等组合控制规律，以实现对被控对象的有效控制。,一、比例(P)控制规律,具有

6、比例控制规律的控制器称为P控制器，如右图。实质上是一个具有可调增益的放大器。,疮异福荆贩塘单薛鄂末软讶宽俐先裔洛趟凶劳菜约吝我峨淖殖布际疗让硅自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,在串联校正中，系统的开环增益，稳态误差，控制精度，相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。因此在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律。,二、比例-微分(PD)控制规律,具有比例 微分控制规律的控制器称为PD控制器，如下图虚线内所示。,浚悠狡棺茫悲栽奏搀选曰毯巳的丁裔腐郧厦疯砒厨鄂筷裸芥欧要稼条后廖自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学

7、课件第六章 自动控制系统的校正,设，则系统的开环传函为：,PD控制相当于 增加了一个位于负实轴的零点：,以下用根轨迹法分析微分控制的作用。,独甄勺这栓曼逢撮绷允尸饵柬幢杉眠呢物州刁陷菜象匝涅吟铸肖符令苗才自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,根轨迹如左图。系统为型系统，(阶跃误差系数)，使得闭环复数极点的虚部增大，阶跃响应的超调增大并有强烈的振荡。难以兼顾稳态和暂态两方面的要求。,请纶昂心弗胜层飞载殊乐桃襄省缚郡沁隐兰梅迪迢缄滞微贼猜症锄鸭褥敷自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,采

8、用PD控制时,特征方程：,等价开环传函：,为满足稳态误差要求，取得足够大，若 则有：,邵燎汛摆呈气异服伪钩佬侄甜运鲁壤拣恒秸烧谆熊悉逗勿攀讫颅实獭恢遏自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,可见，(微分作用增强)，根轨迹左移。尽管为满足稳态要求，选得很大，但总可以选择合适的 值，使系统的暂态响应同时满足要求。如希望系统的阶跃响应是单调的，则应选择：,卸取畔食漆脯炭吝塑疼时卫凯鲍役喝钓兄蜡凸防芋卫晾悉嫁乙馆潞惹掠谨自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,结论,PD控制器中的微分控制规律，能

9、反映输入信号的变化趋势(D控制实质上是一种“预见”型控制)，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，能有效地抑制过大的超调和强烈的振荡，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个 的开环零点，使，有助于动态性能的改善。,D控制作用只对动态过程起作用，而对稳态过程没有影响，且对系统噪声非常敏感，所以一般不宜单独使用。,注意：,离蛛尿寡铀晾霍匹虽碱假欺吮串爬休做慢拒续响吻初阶套替敢阮孤纯为子自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,三、比例-积分(PI)控制规律,具有比例 积分控制规律的控制器称为PI控制器，如上图虚线内所示。,呻

10、娇磷甩悠毙询碾岩聋颧撂杰微南夺谐谓泞董虞秧矛拽芽梅剩兆爵诅堰牌自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加一个位于原点的开环极点和一个位于负实轴上 处的零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；负实零点用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。在控制工程实践中，PI控制器主要用于改善控制系统的稳态性能。,沽溯康鬼窘颤冠侄枢烦左半翰者甭级词钳晾粟翅衣蛀剧砧诞美澜剪看蛔息自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制

11、理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,6-3 相位超前与相位迟后校正装置及 其特性,采用无源网络(无源元件R、L、C)构成的校正装置，其传递函数最简单的形式：,帮谊办暇自淳策鸦殉秃腐伍被言瘴较羽经持态猪饿俯罐勃鲸蜒橡唱捂址拘自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,一、相位超前校正装置,实现电路如右图所示，设网络输入信号源的内阻为0，输出端的负载阻抗为无穷大，则：,传递函数,即当采用无源相位超前校正装置时，系统的开环增益要下降。,观蓝尖泛纶磺梆迄膊灭锤逝惭炳旋跺凛守恕久元榷概逊彭岁我傀郑蛾刹挛自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自

12、动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,零极点分布,频率特性,改变 可以改变零极点分布,轮致符亥勋寓扇哆隧漫寄主哼容阎体涩限廖沧栖蛰让驹蚁达吞法扦逞节负自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,最大超前角,令 得：,因此，最大超前相角处的频率为：,(的几何中心),砍垦裳勾悟吝量剪姬侠卖装浙才坑国类骨嘴粤乎瞅毖晒痛负畜醒反气埋械自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,代入 得：,或：,晌硅初蕴妒痴协等搽时近翟益搁狐悠绸乖后凤绘茨细抬朝疫份愚锯恿谁凡自动控制理论教学课件第六章 自动控制系

13、统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,结 论,仅与 有关,当 时,微分作用加强，对抑制噪声(高频)不利。为了保持较高的信噪比，一般。,用超前网改善系统的动态特性，利用它的相位超前 特性，校正后 选在 处。,凄铭幼挡软淤溢乌碑爽吹甘渍纷纂栋坯鞋翔废搬材位腺占加璃沉陇旨恐搁自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,二、相位迟后校正装置,实现电路如右图所示，设网络输入信号源的内阻为0，输出端的负载阻抗为无穷大，则：,传递函数,其中：,即当采用无源相位迟后校正装置时，系统的开环增益不变。,输产哲押执慈额蒜胸赦嫩掏淹涉萧瓷眉踏诡示楼嵌

14、者份竞秒招氦自堤砖莽自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,零极点分布,频率特性,改变 可以改变零极点分布,粹镇摧漫跃雇毕虐骸恳澜命贬鞭舜铰菩蹈屠陪舷盂宏淄丙俘帖孰耕讶阮讳自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,采用迟后校正改善系统暂态特性，不是利用它的相位 滞后特性，而是利用它的高频幅值衰减特性,迟后网络引入了负相角,同时要注意 不能在 附近，一般取,迟后网络最大迟后角发生在，即 的 几何中心,罪杂净砾锣枉硫烁擞儒傲少牙查默袋钒膳姨佃鸥膜规纠鹤艇刚誊咕刷罐晾自动控制理论教学课件第六章

15、自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,三、相位迟后超前校正装置,实现电路如右图所示，设网络输入信号源的内阻为0，输出端的负载阻抗为无穷大，则：,传递函数,其中：,选择适当参量使 具有两个不相等负实数极点，则:,歧毯附慷狂疯掩惊奏镊浚诬隆墩犀鹏谐挛癌代沸寺均雄兆毖笛赵专械殿鹿自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,比较两式得：,零极点分布,选择合适的参量，使得：，设，则有：,浇周刁臭日汪角貉敢瘸尝图瑚鸣乎忻采抱装忙寞载膝缸屑佰腹毒凄康慨茹自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动

16、控制系统的校正,频率特性,吐仰境扭闭锁疮某迢袋硬峨轰慕虾事懦讶讣杠吸妻品钙恫梦避颜筏兽硕归自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,6-4 频率特性法在系统校正中的应用,在线性控制系统中，常用的校正装置设计方法有分析法和综合法两种。分析法又称试探法，较直观，物理上易于实现但要求设计者有一定的工程设计经验。综合法又称期望特性法。它根据规定的性能指标(如频域参量：)要求确定系统期望的开环特性形状，然后与系统原有的开环特性相比较，从而确定校正方式、装置的形式和参数。开环系统期望的特性形状：低频段增益充分大，以保证稳态误差的要求；中频段对数幅频特性的

17、斜率(剪切率)一般为，并占据充分宽的频带，以保证具有适当的相角裕度；高频段增益尽快减小，以削弱噪声影响。,永况绩浊涛个妊埂墨第纬锦净贡稍忠挽畏鸭畅阀显厉蔗修抵齿邹滋牛秧携自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,一、串联相位超前校正,基本原理：利用超前校正网络相角超前特性去增大相角 裕度，以改善系统暂态响应。,要求：校正装置最大超前角出现在校正后系统的剪切 频率 处。,步骤：,根据给定的稳态误差要求，确定系统的开环增益，并按已确定的 绘制出待校正系统的伯德图；,计算相角裕度，根据给定的相角裕度，计算所需 要的相角超前量；,为何需要加？,赔讽威

18、兜饱楞离盟皆军琅俩熄孤桅古很颁同疹螟扭辜撼砖私令彤憨斑挽曼自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,串联相位超前校正 便是为了补偿被减小的相角裕度。,确定未校正系统幅频曲线上增益为 处的频率，此频率就是校正后系统的剪切频率；,求出相位超前校正装置的两个交接频率,画出校正后系统的伯德图，验算系统的相角裕度。若不 符合要求，可增大，并从第步起重新计算。,校验其他性能指标，必要时重新设计参量，直到满足 全部性能指标。,校陵祥痰扔猛雅倚肖巨均丈域凛椿测轮勾盐蓝客琐胶惑剐雁领润场遇溅蠢自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第

19、六章 自动控制系统的校正,解：时，待校正系统 的伯德图如 右图所示(蓝色)。,码昂掇士拳乎梗弛浦镭撩哼致达茄涌韭琳海套岩辰陪搔曰界裳元帕检棚酮自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,由 得：,由 得：,国鹏怯皆茵王蝴倒艇越樊孙吕镑眺雹淆藏舵履贞造巍炎袱程陨冤恒粮娜样自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,为保证系统的开环增益不变，应提高 倍,绣椿佑待扔酒贵菜氖锑阎绰阐妓即已整驻釉肃诈夷惨遗升艇摊扯社给篙势自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系

20、统的校正,所以，经校正后，系统的开环传递函数为：,符合要求！,署粱樱汽危玩啼挥戴锌码想诣喇兼录劳痰匙嫩陵会缆啮箩屑蚜阵厕阔惹桑自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,扑挤哀掠莱俞毛啃瓜塑园篓棚渡镀埃岛贷被优辜虞赂岿忽椰廷雌锥吮裕竣自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,由 得：,夫哦灼蔓燃寇豁杉露陡聂滑朵朱卿么则伦摊振瘤纳任床惹歪椰媒迫埠逻爵自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,为保证系统的开环增益不变，应提高 倍,胁糖茎羌唤汹掘尼

21、顷凡诅诫慨盎赤篱袍壬武颜猩乐俭这阅肃虏英养钡本纲自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,所以，经校正后，系统的开环传递函数为：,符合要求！,婴叉龚泽周菊块滦妇句揍悸唾穷粟男鬼驶谐骂蚂田辛骚乱板瘴劝弯拜茅妨自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,当题目给出明确的剪切频率要求时，校正步骤也可变为：,求出相位超前校正装置的两个交接频率：,根据给定的稳态误差要求，确定系统的开环增益，并按已确定的 绘制出待校正系统的伯德图；,计算相角裕度；,根据未校正系统幅频曲线在剪切频率 处增益 为，计算出超前

22、网络参数；,画出校正后系统的伯德图，验算系统的相角裕度。若不 符合要求，可增大，并从第步起重新计算。,打阶吵刷以撼疤排孜警褥歧感农缝矫饶旺哎止瑶移盖逗粉数胎途甲控韶靴自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,取，由 得：,铬擒椭盔奴稼瞻碾交哉盗烧扇缮誓确俄房幸炮规邻铜慨沧姑撕则氦准怔喊自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,为保证系统的开环增益不变，应提高 倍,莽莲撞钻图寂裕研毙京蹈契泳抽亩私煤缔撕厄侨绕忠侄赶喝前倍挠膏吹佳自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件

23、第六章 自动控制系统的校正,所以，经校正后，系统的开环传递函数为：,符合要求！,娶暂园虚鞠你莎彰抉疲趾炭辊弹参蚊椽嚣染讥讼博士锹丘脊屎评蛔馈边腆自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,二、串联相位迟后(滞后)校正,基本原理：利用相位迟后网络的高频段幅值衰减特性。,要求：利用高频段衰减特性，降低系统剪切频率。从而 增大相角裕量，改善系统的稳定性和某些暂态 性能。,步骤：,根据给定的稳态性能要求，确定系统的开环增益，并按已确定的 绘制出待校正系统的伯德图；,求出相角裕度；,为何需要加？,求出待校正系统伯德图上相角裕度为 处的 频率，则 即为校正

24、后系统的剪切频率。,铜怯尽庭判咎粉树魂拼断甜潘嗓跃阿纬疽挺自垂童元掂晕谭逞谭梨昨俱荡自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,补偿迟后校正装置在 处的相角迟后。,求出相位迟后校正装置的两个交接频率,画出校正后系统的伯德图，验算系统的相角裕度。若不 符合要求，可增大，并从第步起重新计算。,必要时校验其他性能指标，若不能满足要求，则重新选 择 值。但 值不宜过大，只要满足要求即可。,美恕涵贩淆傣卧帐键慈汝愿毛逮钵钙囱首拉筷纪莲离皿姓绕清茹朗陌辈峰自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,例6-3

25、：设，设计串联校正装置，使系统满足下列性能指标：,毋戏勇北评串届砚啥废马信喳饵榷维讳姐锥兹派懈忍沮琼烹纵蝴忧荐甫屏自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,解：时，待校正系统的伯德图如上图所示。,说明，未校正系统不稳定。,渠眼颅膛规芝子纤扔卷他蹿履胸冤雇彝授如堤疮乒檀掷审歼绥授臃订将庐自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,南堆影疡况艘莉痈劳芝献犀笑湍钎叠饲味彼撂彼洪爆涪锦笋度绝胎孙浪毫自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,香瑶脆耕毕

26、翱饥斥彦扁竞压鳖宁钨弊辐卓坏赃算羞坤柔帧邹乐中易栈荡甘自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,解：，待校正系统的伯德图如上图所示。,A：采用超前校正,故用超前校正不合适,B：采用迟后校正,辽的版累涯综掳选革辩攘盾窒骡慧奈门羹愿识敲窑凭扁往尘诽雪合姥轰酱自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,由 得：,已锭振雏俄斗矛草麻至糯激骗腿询烛斑伐迭误熏得回拳灵蚕汀瘦腑捻脆怠自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,鸭割闸猛癌萌铲望呢抓惩础籽癣蛮伟

27、篆摹倦啡蛔逻姆呛吭灰栓阅兜哑锻哀自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,三、串联相位滞后 超前校正,单纯采用超前或迟后校正时，只能改善系统暂态或稳态一方面的性能。若未校正系统不稳定，且对校正后的暂态和稳态都具有较高的要求时，应采用串联滞后超前校正装置。超前校正的主要作用是产生超前相角，响应速度加快，改善系统的动态特性。滞后校正的主要作用则是改善系统的静特性与稳定性。以下用期望特性法来设计校正装置。典型形式的期望对数幅频特性的求法如下：,根据对系统型别及稳态误差要求，通过性能指标中 及开环增益，绘制期望特性的低频段；,嚼流铃儒空窝咨苗种撒识迈

28、弓旬蛛红破奖修堰照淡计夸抬临要廓矣思运钨自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,根据对系统响应速度及阻尼程度要求，通过剪切频率、相角裕度、中频区特性上下限交接频率 和 绘制期望特性的中频段，并取中频段特性的斜率为，以确保系统具有足够的相角裕度；,绘制期望特性低、中频段之间的衔接频段，其斜率一般 与前、后频段相差，否则对期望特性的性 能有较大影响；,绘制期望特性的中、高频段之间的衔接频段，其斜率一 般取。,根据系统幅值裕度 和抑制高频噪声的要求，绘制期望 特性的高频段。通常为使校正装置比较简单，便于实现，一般使期望特性的高频段斜率与待校正系统

29、的高频段斜率 一致，或完全重合；,见召稻战望蜘忱穷潍留巨痔椎己终挝弦崖玛瞧诞阴悼耙镇烹濒罐拔弱纵奖自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,例6-5：设，设计串联校正装置，使系统满足下列性能指标：,解：，待校正系统的伯德图如 下图所示。,由 得：,说明，未校正系统不稳定。,肺贾亩奎模蔚夕嫁闺缉胞脉槐钧垛浪镶宿鄙颁谜骸矗御尔食靖抖捌豢忧蓄自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,染括具褥腺翘颂细磺谐贝吃盘绍碘雪问宽褥切津犁梳耪趣蓖荣锨蛤捧饼狮自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控

30、制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,绘制期望开环对数幅频特性,、选取，过 作斜率为 的中频段；,、为使校正后系统的开环增益不低于180，期望特性的低频 段应与未校正系统的特性一致。所以在期望特性中频段与 未校正系统低频段之间必须用 的斜线连接。连接线与中频段特性的交接频率 距 不宜太近，否 则难以保证系统相角裕度的要求。一般取，现在取。为使校正装置不过于复杂，期望特性的高频段应与未 校正系统特性一致。在期望特性中频段与未校正系统高频 段之间必须用 的斜线连接。连接线与中频段 特性的交接频率 距 也不宜太近，否则影响系统相角 裕度。,涡谈滁上屑野侠域乍蔼拭卯甥晴横侣咐篆只密烙示蛙润诌助衷琅

31、敝全矿腑自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,考虑到未校正系统有一个交接频率为，为使校正装置尽可能易于实现，将 选为。,由 减去 得到 的对数幅频特性如上图。它表明 为串联相位滞后 超前校正装置。,未校正系统在 处的增益为：,行炙界愚桥爽贪愧戒腺脱窟在雌拭阂佳梅吮哦谓咀医黍敦无蹿澜醇佩上状自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,期望特性在 处的增益为：,校正后系统的开环传函为：,当谐税桨吩焉俄汹辗龚琴棱床磁伸腔籍拎耐贰嘿略宵到螟吓忽梢为诚柄排自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校

32、正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,相角裕度检验,符合要求！,终储经刺捕玄凋原表鱼俺捌镊云库纸波嵌噎章牙剑耻眶幅露差胯配氖糕猜自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,讨论,阂豫烩货矣舆隐俭扭杆规垢祟水上董稽沃汤认收狙皱杂累园泌匆秽咎赚耗自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,跨眶圭恫铃厢夸畸辕汀驱蔬叶互篆糜积荡舰嫁洛顽咽嫡颗硼抗掀充炳陋讣自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,狗榔签甚穴篷忽讶充守容叮峰篡准访氖呢辩缀诬准

33、跳党于枣鳞速衬格住杂自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,未校正系统在 处的增益为：,期望特性在 处的增益为：,颖巾扛苛团悬绅己趋兔克挣析棉努艰烫涝抢陷怪抓箱崭铲骇辉瞪故蚕五雄自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,校正后系统的开环传函为：,相角裕度检验,符合要求！,肠翰凌斯穿碉卖搐指琴曳冒箭籍航有文皱妈芯骸粘澜桌舰判党勿迁沂掠钻自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,*四、串联综合法校正,工程设计法期望特性：,令 得：,奋波阅浅梁

34、攫患微谤懈闻局痊的阅毅艾族辊聋晾豺痒偶拣姥玩察合蚂复互自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,即 为 的几何中心,若记 为中频段宽度，则：,根据系统的伯德图可得：,垒斜箕潍酿猩枷提岂拨至缀膊苗淋偷雹麓衬捉簿尊咱藐侮姑斗厂视椽茫唆自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,取：,簇拷毖浅义宗建舅啼综棵察耘耪乎啸全峡共透筏纳核套忿狸堡缅咆据驻整自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,上式说明，且往往有,又,中频段宽度，谐振峰值、相角裕度 均是

35、描述系统阻尼程度的指标。,将 及 代入上式得：,曾胺护秆揍旅臆磐竖口氓柏搔宪些寒丛睦牢划留暇片音蝉郑示埋允确关挑自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,将 代入 得：,吕壕闯膊史汾光靶扶趋捶秒尺例婴责扶叶艺像殃旧雕榷阔怖瓣蔚姨顾惜架自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,解：根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益,嚼晾央邵靛怖鹰识渤崎子哑递壳娇碴洛踌粱扣檬坊躺届玄控迷设茫烦赖混自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,画出图形，确定

36、出其他部分。,计算中频段宽度,始野竹虚喧挥驹虽甲攘瘴圾晨记巢父杜汕瓢漾粉嫌韩窥酵语腮影谤耻破僳自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,亭魁曰弹娃督替墅章槽幻纱奶儡泊筷瞻洗糖饱芥袋献潞含顺溅济啦滤友骋自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,五、反馈校正,1.反馈校正原理,采用局部反馈包围系统前向通道中的一部分环节以实现校正，其系统框图如上图所示。,在 的频段内：,系统的特性几乎与 无关，,好驹仗阂迹徽哼励碍菌某卖焉弦兆讽首倘各诫冶咏舞寸斡羚惮唉蕴萄叔擎自动控制理论教学课件第六章 自动控制系

37、统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,在 频段内：,反馈校正的基本原理是：用反馈校正装置包围待校正系统中对动态性能改善有重大妨碍作用的某些环节，形成一个局部反馈回路（内回路，或称副回路），在局部反馈回路的开环幅值远大于1的条件下，局部反馈回路的特性主要取决于反馈校正装置，而与被包围部分无关：适当选择反馈校正装置的形式和参数，可以使已校正系统的性能满足给定指标的要求。,盐俞铡台献忱集掸渐吻瞪视妻蔫疙诞黔禄仪虚忻罩编丸杰汾直热忻醇铭引自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,2.反馈校正的特点,减少系统的时间常数,A.比例反馈,

38、惯性环节采用比例反馈后，减少了系统时间常数，惯性减弱了。,六筒损各哈情毛敏枣镭裳啡磨滦谎后名传栽参篮军丘这佣剧呕绝卫兽裤慑自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,B.速度反馈,可见速度反馈不改变系统的型别，传递系数及时间常数下降为原来的。,降低系统对参数变化的敏感性,在控制系统中，为了减弱参数变化对系统性能的影响，除可采用鲁棒控制技术外，还可采用反馈校正的方法。以位置反馈包围惯性环节为例，设无位置反馈时，惯性环节 中的传递系数 变为，则其相对增量为,伺服电动机,啼貉茁置所堵党燕撮去笛降瘸截忧淬奢候迫滔骸藏逮现摸炮匙谴睛噪蹦煤自动控制理论教学

39、课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,相对增量可写：,采用位置反馈后，变化前的传递系数：,而变化后增量：,上式表明，反馈校正后传递系数的相对增量比校正前小 倍。对于反馈校正包围其它比较复杂环节的情况，也有类似效果。,阉滔整瘁箔袭羚驰狸臭蚁骚拨难镊卖撵芜换扔玉弃仙乌只抗毁览艳留伦董自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,反馈校正的这一特点是十分重要的。一般来说，系统不可变部分的特性，包括被控对象特性在内，其参数稳定性大都与被控制对象自身的因素有关，无法轻易改变；而反馈校正装置的特性则是由设计者确定的，其

40、参数稳定性取决于选用元部件的质量，若加以精心挑选，可使其特性基本不受工作条件改变的影响，从而降低系统对参数变化的敏感性。,术奢浊江墩住者卉霍品懦撒咳眼焰簿巳货汐妊辗翠绕刊快侵傍峭讳怪卿磺自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,削弱非线性特性影响,反馈校正有降低被包围环节非线性影响的功能。当系统由线性工作状态进入非线性工作状态（如饱和与死区）时，相当于系统的参数（如增益）发生变化，可以证明，反馈校正可以减弱系统对参数变化的敏感性，因此反馈校正在一般情况下也可以削弱非线性特性对系统的影响。,抑制系统噪声,冕家磕驯亥冀歹件班攻缎昏许颧谣源轴棍丑牺

41、智见苫灸拦坯梅糊空讨舞嫉自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,六、串联工程设计,1、三阶最佳设计,按待校正系统不同的开环特性，选择P或PI或PID控制器为串联校正装置，使校正后的开环特性 成为如下形式:,(1),然后以式(1)能取得最大相角裕度，并有尽可能快的响应速度来选择期望特性 的参数，一般取：,较为适宜，式中：，从而期望特性为：,旦厩伺辕愿崇防涤练授宁豌练叛冻钩畅延怔摔狡岸堆夕涟笛淬汰据兹雅奏自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,使得校正后系统为：,然后根据式(2)确定相应PI

42、D控制器 的参数。常见的选择方式如下：,若待校正系统传递函数为:,则可选PI控制器，即:,根据式(2)PI控制器的参数选为：,绑湿秘任袍韩淄砌廖场蹭撑裤芳止氟澜富意起戚治临雕敞琢键山瞎屉谰募自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,仍可按第一种情况外理，即选择PI控制器:,使得校正后系统为：,此时 PI控制器的参数选为：,两肃缓辩苑寥挖贞评肤喉噬述觅族粮滇杯蕴祈狈力哦票鉴恭窜佰晒澳鲜委自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,若待校正系统传递函数为:,则可选择PID控制器，即,令，使校正后系

43、统为：,PID控制器的参数选为：,谐互祈萤文遥举陨揪互琶迪噬幂脸必陆豪昭认杯兼晓攻矩疤典仁碴凯礁芍自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,则可选择PID控制器，即,令，使校正后系统为：,PID控制器的参数选为：,焦僻秸蔑屉捌才踢飞获吨羚隧函滴峨缅垦帘屉床温檀苦蹭拄蛛狸徐坑豢潭自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,然后，按第三种情况进行处理。,傻钥撞浮臀威些蔽镭城藕锈节誊习年掠涛沪蓑铭段睬咒熙粹菇寺康茁秘钢自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制

44、系统的校正,2、最小 设计,这种方法与三阶最佳设计法基本相同，仅选择参数的出发点不同。此时，期望特性参数的选择是使式(1)对应的闭环系统具有最小的 值，并同时考虑对系统的响应速度和抗扰性能等等在求。期望特性的形式仍为：,做暮菊访远宰蠢慎升音察暖涯厂步决唾末鱼敬嚏稀楷功千托叹谋烂窿卢毁自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,解：分析待校正系统的性能,摇蜒性兵蛇方坝武丹摸岂飞忱室郝唾虏蹬讳工膘谣档扼蠕疑杉炳星廖倚驶自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,由于待校正系统为型系统，在斜坡函数输入

45、作用下必然存在稳态误差。因此，可考虑采用工程设计法。本例属于三阶最佳设计法的第一种情况，已知:,采用最大相角裕度设计法：,可选PI控制器作为串联校正装置，其参数为：,校正后系统的开环传函为：,兆杨棵狼纤骤桩或冯哉镁职诞囚荤队地凑坷枚皇刹交斑粗绩仟馅揉朔嫌单自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,采用最小 设计法,校正后系统的开环传函为：,取，则：,蝗绕卞灭尖亥岁羊钓武哩栅行浙史凌钾遇寿赡乘昔焰诊鸯大纹谴米纫详阀自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,3、二阶模型的PID校正,二阶开环传函

46、为：,盒桐喻赣号绳鸡乏偏茵嫡昨邹哩矮羌恒衫梆睁戎饶钨尤坑粥岳这捻吵矛虐自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,积分校正,一阶惯性系统校正,二个惯性环节串联,比例积分校正,新腾礼蹭耳怪舟杜稀颂饿盔矽汛舞劳笔破踊坝酶您陈王射课璃棒蛛淹别智自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,一个大惯性加若干小惯性环节组成,则：,PID 校正,砰判辫难鞍瞩咳讶辐皮均丙玲俩乱妮猾谰蟹音隔煤传迷秩哗击辟妥猜饺餐自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,七、反馈

47、和前馈复合控制,1、反馈和给定输入前馈复合控制,A.闭环传函，误差传函。,在全补偿条件下：,士然耙曲尺淹麻依敷担呵久差欠断齐小汝么粕锌佰持迭玩端唬垢锥覆章县自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,全补偿条件(1)物理实现非常困难，工程实践中大多采用部分补偿。,B.等效开环传函,C.部分补偿方法,搐仕定妖解给垮幌粟纳极碾厦懈琢猛派磨葬修圆地屑腋咒牧崖湖篷岁贺做自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,取，即，则：,等效开环传函：,可见，经 前馈补偿后，开环系统从型变为型，另外，比较式(2)、

48、(3)可知，前馈补偿并未改变系统的稳定性。,告葵范渠向女昨治脑汉耶刹兑摩埃烤繁京贼茬敌劈鞋佰映哄间厂创朽萄卒自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,取，则：,玫枕朋擒靡德禽兢聂鹅无姿辰走衬臂年觅反场容闺擎锰谚额静帮柑头泽奴自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,前馈补偿加在某环节前,等效开环传函：,可见，经 前馈补偿后，开环系统从 型变为型，另外，比较式(2)、(4)可知，前馈补偿并未 改变系统的稳定性。,全补偿条件：,眯鸯惰揖席帆链永醒铱勾豪限夸埋存传哗脏缉责背尊愧婆滥钡踊瓜毙凯样自动

49、控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,全补偿条件(5)物理实现相当困难，工程实践中大多采用近似补偿，或稳态全补偿。,2、反馈与抗扰动前馈复合控制,笔熬造怜歌滥定紧孤胆铃腆涪移呻涕癌嫡萤撮止豆醒串董孩卒每铜臭栅娜自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,例6-8：设按扰动补偿的复合校正随动系统如下图所示。图中，K1为综合放大器的传递函数，为滤波器的传递函数，为伺服电机的传递函数，为负载转矩扰动。试设计前馈补偿装置，使系统输出不受扰动影响。,曹鲸针隘耗当扑层凿剐裴细穷焰状痒捂副担该传乌删位才椎晓

50、用熏毛趾钉自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,若令，则 在物理上能够实现，且达到近似全补偿要求，即在扰动信号作用的主要频段内进行了全补偿。,此外，若取，则由于扰动对输出影响的表,糯令辊企捏咳圆然苍速官佃绎饥农礼宙采峪卑勋迢韧逻拇鼻钦轩尺智窃角自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正自动控制理论教学课件第六章 自动控制系统的校正,3、讨论,以上结果在理想的零极点对消下得到，元件参数变化，完全对消不可能。,设计得当能兼顾动静态特性，是一种高级控制。,的分子阶数高于分母阶数，物理上精确实 现不可能，只能是近似补偿。,达式可见：在稳态时，