Z13_超前校正

1、第第13節(jié)節(jié) 系統(tǒng)的校正系統(tǒng)的校正1. 系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的性能指標(biāo)2. 串聯(lián)校正串聯(lián)校正上節(jié)內(nèi)容回顧 誤差和偏差的區(qū)別與聯(lián)系誤差和偏差的區(qū)別與聯(lián)系 原理性誤差的計算原理性誤差的計算 干擾性誤差的計算干擾性誤差的計算減小誤差的途徑 增加增益增加增益 采用積分環(huán)節(jié)采用積分環(huán)節(jié) 補償補償增大系統(tǒng)增益增大系統(tǒng)增益響應(yīng)快，誤差小響應(yīng)快，誤差小穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差按干擾補償Gn1( )G s2( )G sN11nGG 212121onXGG GGNGG按輸入補償Gr( )G s( )ioE sXX11oriGXGXG1( )1riG GE sXG1( )rG sG如果以上還不行13.1 概概 述述一、控制系

2、統(tǒng)設(shè)計的基本步驟一、控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟1、元件選擇元件選擇 根據(jù)工作條件、被控信號的最大速根據(jù)工作條件、被控信號的最大速度或加速度，初步選定執(zhí)行元件的型式、度或加速度，初步選定執(zhí)行元件的型式、參數(shù)等。參數(shù)等。2 2、傳感器的選擇、傳感器的選擇 根據(jù)測量精度、被測信號的物理根據(jù)測量精度、被測信號的物理性質(zhì)，選擇合適的測量變送元件性質(zhì)，選擇合適的測量變送元件3、放大器的選擇、放大器的選擇 調(diào)整放大器的增益，使得系統(tǒng)性調(diào)整放大器的增益，使得系統(tǒng)性能滿足要求能滿足要求 。 4、采用校正裝置、采用校正裝置 若調(diào)整增益不能滿足指標(biāo)，增加參若調(diào)整增益不能滿足指標(biāo)，增加參數(shù)及特性可按需改變的校正裝置數(shù)及特

3、性可按需改變的校正裝置校正校正: 為了實現(xiàn)預(yù)期性能而對控制系統(tǒng)結(jié)為了實現(xiàn)預(yù)期性能而對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行的修改或調(diào)整構(gòu)進行的修改或調(diào)整.校正裝置校正裝置: 為改善系統(tǒng)的性能而加入的附加部為改善系統(tǒng)的性能而加入的附加部件或電路件或電路.13.2 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 性能指標(biāo)選擇原則性能指標(biāo)選擇原則（1）不同控制系統(tǒng)對性能指標(biāo)有不同的側(cè)重。）不同控制系統(tǒng)對性能指標(biāo)有不同的側(cè)重。（例如：調(diào)速系統(tǒng)對平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)精度要求，（例如：調(diào)速系統(tǒng)對平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)精度要求，隨動系統(tǒng)側(cè)重快速性）隨動系統(tǒng)側(cè)重快速性）（2）指標(biāo)的提出符合實際系統(tǒng)的需要和可能。）指標(biāo)的提出符合實際系統(tǒng)的需要和可能。 時域指標(biāo)

4、：時域指標(biāo)： 調(diào)整時間調(diào)整時間 超調(diào)量超調(diào)量 阻尼比阻尼比 穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 開環(huán)開環(huán)頻域指標(biāo)頻域指標(biāo)相角裕度相角裕度幅值裕度幅值裕度幅值穿越頻率幅值穿越頻率（3）閉環(huán)頻域指標(biāo)諧振峰值諧振峰值諧振頻率諧振頻率復(fù)現(xiàn)頻率復(fù)現(xiàn)頻率閉環(huán)截止頻率閉環(huán)截止頻率（帶寬）（帶寬）（4）綜合性能指標(biāo)誤差積分性能指標(biāo)0( )Ie t dt誤差平方積分性能指標(biāo)20( )Ie t dt特點：重視大的誤差，忽略小的誤差。13.3 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則（1 1）低頻區(qū)：）低頻區(qū)： 希望提供盡可能高的增益，希望提供盡可能高的增益，達到小的誤差。達到小的誤差。 對系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的要求，可以歸對系統(tǒng)品質(zhì)指

5、標(biāo)的要求，可以歸結(jié)為對系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的要求。結(jié)為對系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的要求。（3 3）高頻區(qū)：）高頻區(qū)： 盡可能快的衰減，減小高頻盡可能快的衰減，減小高頻噪聲的干擾噪聲的干擾（2 2）中頻區(qū)：）中頻區(qū)： 斜率限制在斜率限制在-20dB/dec-20dB/dec，保證系，保證系統(tǒng)的統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性 具有一定的剪切頻率，保證速度具有一定的剪切頻率，保證速度 13.4 控制系統(tǒng)的校正方式控制系統(tǒng)的校正方式串接于系統(tǒng)前串接于系統(tǒng)前向通道之中向通道之中接在系統(tǒng)局部接在系統(tǒng)局部反饋通路之中反饋通路之中前饋校正：前饋校正：在系統(tǒng)主反饋回路之外采用的校正方式在系統(tǒng)主反饋回路之外采用的校正方式加在輸入加在輸入信

6、號后信號后加在擾動加在擾動信號后信號后復(fù)合校正：復(fù)合校正：反饋控制通路中，加入前饋校正通路。反饋控制通路中，加入前饋校正通路。(1 0.2 )KGHss1.斜坡輸入下誤差不超過斜坡輸入下誤差不超過0.00322. 超調(diào)不超過超調(diào)不超過 20%13.5 串聯(lián)校正（超前校正）串聯(lián)校正（超前校正）K低頻低頻阻尼比阻尼比穩(wěn)定性穩(wěn)定性精度要求精度要求10.0032ssVeK316VKK穩(wěn)定性要求穩(wěn)定性要求20%PO 0.4545PM 0-90-1800dB誤差滿足誤差滿足PM滿足滿足不不能能同同時時滿滿足足0-90-1800dB穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)不能同時滿足要求不能同時滿足要求改變伯德圖改

7、變伯德圖系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正校正元件校正元件0-90-1800dBPM有沒有有沒有變化？變化？0-90-1800dBPM高頻衰減高頻衰減2121211211cRRCsGRRRRCsRR( )1( )1ociUsTsGU sTs一、超前校正網(wǎng)絡(luò)一、超前校正網(wǎng)絡(luò)令令 T=R1C 212RRR11TsGTs1mT1arcsin1m最大超前相角頻率最大超前相角arctan()arctan()TT 超前網(wǎng)絡(luò)相角超前網(wǎng)絡(luò)相角在在m處的幅值處的幅值111|1Tj TjT二、超前校正基本方法二、超前校正基本方法 超前校正的實質(zhì)是對于相超前校正的實質(zhì)是對于相角裕量小的系統(tǒng)角裕量小的系統(tǒng), ,引入超前校引入超前校正網(wǎng)

8、絡(luò)正網(wǎng)絡(luò), ,利用其產(chǎn)生的最大相利用其產(chǎn)生的最大相角來增加系統(tǒng)的相角裕量角來增加系統(tǒng)的相角裕量. .例例 題題4( )(2)KG ss s開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)4(2)Ks s 要求：單位速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差要求：單位速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差e=0.05, 相位裕量相位裕量50度，幅值裕量度，幅值裕量10dB根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定K2( )(1)2KG sss穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)2vKK穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差110.052ssveKK10K 根據(jù)已確定的開環(huán)增益，計算系統(tǒng)相角裕量根據(jù)已確定的開環(huán)增益，計算系統(tǒng)相角裕量20( )(1)2G sss開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)L/

9、dB120-90-180相角裕量相角裕量17度度 確定利用超前網(wǎng)絡(luò)需補償?shù)慕嵌却_定利用超前網(wǎng)絡(luò)需補償?shù)慕嵌?-90-180校正后的幅校正后的幅值穿越頻率值穿越頻率需補償?shù)慕嵌葹樾柩a償?shù)慕嵌葹?0-(17-5)=38 確定系數(shù)確定系數(shù)1arcsin1m1 sin1 sinmm由由得得38m由 0.24得 確定幅值穿越頻率大小確定幅值穿越頻率大小120lg20lg|()|G j 9c校正后幅值穿越頻率校正后幅值穿越頻率 確定超前網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)角頻率確定超前網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)角頻率1mcT11cT211cT14.41218.4 確定超前網(wǎng)絡(luò)確定超前網(wǎng)絡(luò)( )1( )1ociUsTsGU sTs 為彌補超前網(wǎng)絡(luò)造成的

10、增益下降為彌補超前網(wǎng)絡(luò)造成的增益下降,須將須將放大器的增益提高到放大器的增益提高到1/倍倍.對校正后的頻率特性進行驗算對校正后的頻率特性進行驗算校正前校正前相角裕量相角裕量剪切頻率剪切頻率增加增加校正后校正后相角裕量相角裕量對象對象超前網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò)放大器放大器校正后系統(tǒng)的組成校正后系統(tǒng)的組成超前校正基本步驟超前校正基本步驟1. 1. 根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定開環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定開環(huán)增益2. 2. 畫出畫出BodeBode圖，求出相位裕量圖，求出相位裕量3. 3. 確定需要對系統(tǒng)增加的相位超前角確定需要對系統(tǒng)增加的相位超前角4. 4. 確定系數(shù)確定系數(shù)及系統(tǒng)新的幅值穿越頻率及系統(tǒng)新的幅值穿越頻率5. 5. 確定校正環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率確定校正環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率6. 6. 補償衰減，放大器增益提高補償衰減，放大器增益提高超前校正的特點超前校正的特點1 1、利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前量提供裕量。、利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前量提供裕量。2 2、校正后使系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬增加。、校正后使系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬增加。3 3、需要放大器補償增益的衰減。、需要放大器補償增益的衰減。(1) 閉環(huán)系統(tǒng)帶寬的要求。若校正系統(tǒng)帶寬閉環(huán)系統(tǒng)帶寬的