頻率法校正課件

1、頻率法校正第六章第六章 頻率法校正頻率法校正如何設(shè)計(jì)出滿足給定性能指標(biāo)要求的控制系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)出滿足給定性能指標(biāo)要求的控制系統(tǒng)6.1 頻率校正法的基本概念一、系統(tǒng)性能指標(biāo)1.靜態(tài)指標(biāo)：靜態(tài)指標(biāo)：Kess;動(dòng)態(tài)指標(biāo)：動(dòng)態(tài)指標(biāo)：Ntttprs2.頻域指標(biāo)頻域指標(biāo)開環(huán)頻域指標(biāo)開環(huán)頻域指標(biāo)KMGLhc)()()(閉環(huán)頻域指標(biāo)閉環(huán)頻域指標(biāo))0(MMbppb頻率法校正前前置置校校正正串串聯(lián)聯(lián)校校正正控控制制裝裝置置控控制制裝裝置置干干擾擾補(bǔ)補(bǔ)償償反反饋饋校校正正反反饋饋校校正正測(cè)測(cè)量量裝裝置置輸輸入入輸輸出出干干擾擾二、校正方式前置校正前置校正改變輸入信號(hào)的形式來提高系統(tǒng)性能。改變輸入信號(hào)的形式來提高系統(tǒng)性

2、能。串聯(lián)校正串聯(lián)校正增設(shè)開環(huán)零、極點(diǎn)，改善系統(tǒng)性能。增設(shè)開環(huán)零、極點(diǎn)，改善系統(tǒng)性能。干擾補(bǔ)償校正干擾補(bǔ)償校正改善系統(tǒng)抗干擾性能。改善系統(tǒng)抗干擾性能。反饋校正反饋校正改變局部環(huán)節(jié)特性來提高系統(tǒng)性能。改變局部環(huán)節(jié)特性來提高系統(tǒng)性能。頻率法校正6.2 串聯(lián)超前校正)(L0)(0180c - -2 20 0 - -4 40 0 - -6 60 0 該系統(tǒng)開環(huán)頻寬不大，且該系統(tǒng)開環(huán)頻寬不大，且不穩(wěn)定或穩(wěn)定裕度不夠不穩(wěn)定或穩(wěn)定裕度不夠串聯(lián)串聯(lián)超前超前校正校正在系統(tǒng)前向通道在系統(tǒng)前向通道中串入超前環(huán)節(jié)中串入超前環(huán)節(jié)（如（如蘭線蘭線）可使）可使得中頻段變好。得中頻段變好。原開環(huán)原開環(huán)+串聯(lián)串聯(lián)環(huán)節(jié)疊加（環(huán)節(jié)疊

3、加（紫紫）該校正以損失該校正以損失高頻性能換得高頻性能換得系統(tǒng)性能提高系統(tǒng)性能提高-20-40頻率法校正0.1 0.2121020100)(L)(0db2011TssGc）T(微分作用強(qiáng)微分作用強(qiáng)超前校正環(huán)節(jié)超前校正環(huán)節(jié)組成組成1T1+2090090幅頻幅頻：高頻段上升，對(duì)抑制系統(tǒng)高頻噪聲不利：高頻段上升，對(duì)抑制系統(tǒng)高頻噪聲不利相頻相頻：在：在 c 附近產(chǎn)生超前相位的影響附近產(chǎn)生超前相位的影響頻率法校正RC 超前網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò)1R2RC11)(12121212CsRRRRCsRRRRsGc11TssCR1212RRR其中11ss調(diào)整調(diào)整 可以調(diào)節(jié)超前網(wǎng)絡(luò)在中頻段的影響程度可以調(diào)節(jié)超前網(wǎng)絡(luò)在中頻段

4、的影響程度T （1）不宜小于）不宜小于0.05由于由于1使整個(gè)幅頻下降使整個(gè)幅頻下降穩(wěn)態(tài)精度下降穩(wěn)態(tài)精度下降 必須將必須將 K 增加增加 1/ 倍予以補(bǔ)償。倍予以補(bǔ)償。頻率法校正6.3 串聯(lián)滯后校正)(L0)(0180 - -2 20 0 - -6 60 0 該系統(tǒng)開環(huán)有足夠的頻寬，該系統(tǒng)開環(huán)有足夠的頻寬，但不穩(wěn)定或穩(wěn)定裕度不夠但不穩(wěn)定或穩(wěn)定裕度不夠串聯(lián)串聯(lián)滯后滯后校正校正在系統(tǒng)前向通道在系統(tǒng)前向通道中串入滯后環(huán)節(jié)中串入滯后環(huán)節(jié)（如（如蘭線蘭線）可使）可使穩(wěn)定性變好。穩(wěn)定性變好。原開環(huán)原開環(huán)+串聯(lián)串聯(lián)環(huán)節(jié)疊加（環(huán)節(jié)疊加（紫紫）該校正以損失該校正以損失開環(huán)頻寬換得開環(huán)頻寬換得系統(tǒng)性能提高系統(tǒng)性能

5、提高cc頻率法校正滯后校正環(huán)節(jié)滯后校正環(huán)節(jié)組成組成)(L02020)(0909011TssGc）T(積分作用強(qiáng)積分作用強(qiáng)1T1幅頻幅頻：c 減小，適合響應(yīng)速度要求不高的系統(tǒng)減小，適合響應(yīng)速度要求不高的系統(tǒng) 高頻部分下降，高頻抗干擾能力得到提高高頻部分下降，高頻抗干擾能力得到提高相頻相頻：對(duì)：對(duì) c 附近的相位影響不大。附近的相位影響不大。頻率法校正RC 滯后網(wǎng)絡(luò)滯后網(wǎng)絡(luò)1R2RC11)(22212CsRRRRCsRsGc11TssCR21221RRR其中11ss通常通常=10 ， 愈大，中頻及高頻段下降愈大愈大，中頻及高頻段下降愈大 1/、 1/ 要遠(yuǎn)離要遠(yuǎn)離 c 點(diǎn)。點(diǎn)。頻率法校正6.4 相

6、位滯后超前校正1R1C2R2C) 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1)(1()(21212122112211sTsTsTsTsCRsCRsCRsCRsCRsGc其中其中11TT 22TT1maxmaxsin1sin1max頻率法校正PID控制器 工業(yè)控制中常采用由比例（工業(yè)控制中常采用由比例（P）、微分（）、微分（D）、）、積分（積分（I）單元組合的校正器。）單元組合的校正器。PI校正器校正器ssKsKKsGiipip1)(其中其中ipiKKPD校正器校正器) 1()(sKsKKsGdpdp其中其中pddKKPID校正器校正器)(1 ()(sKKsKsKsKKsGipddip頻率法校

7、正6.5 期望串聯(lián)校正 建立一個(gè)期望系統(tǒng)模型，與未校正的系統(tǒng)進(jìn)行建立一個(gè)期望系統(tǒng)模型，與未校正的系統(tǒng)進(jìn)行比較，得出串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的方法。比較，得出串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的方法。1.二階期望特性開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù))2()(2nnsssGH閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)1212)(22222TssTsssnnn)2(2nnssRY頻率法校正時(shí)域性能指標(biāo)時(shí)域性能指標(biāo)%)2(4%)5(3nsnstt%100%21 e1)靜態(tài)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo))(lim0ssEesss在給定輸入作用下：利用在給定輸入作用下：利用 計(jì)算計(jì)算K2)動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)2215 . 1123nndsTtN穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間超調(diào)量超調(diào)

8、量振蕩次數(shù)振蕩次數(shù)頻率法校正頻域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)1）開環(huán)指標(biāo)）開環(huán)指標(biāo)) 121(2)2()(2sssssGHnnnnc 與與 ts 之間的關(guān)系之間的關(guān)系11)21(2)(2cncncA解出解出24214ncscnstt2421433頻率法校正 與與 %、 之間的關(guān)系之間的關(guān)系將將c 代入代入)(180)(cc可得可得242142)( arctgc又又%100%21 e可以看出可以看出 、 只與只與 相關(guān)。相關(guān)。)(c%開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的低頻段決定了系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的低頻段決定了系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo)頻率法校正2）閉環(huán)指標(biāo)）閉環(huán)指標(biāo)221np2121pM峰值頻率峰值頻率峰值峰值)3(

9、nst%)100%(21 e1212)(22222TssTsssnnn已知已知707. 0)2()()(22222bnnnM可解出可解出b 與與n 之間的關(guān)系之間的關(guān)系頻率法校正=0.707 最佳阻尼情況的指標(biāo)最佳阻尼情況的指標(biāo)%3 . 4% cst3nc707. 0cn2215 .651pM0pnb頻率法校正例例未校正的開環(huán)傳遞函數(shù)為未校正的開環(huán)傳遞函數(shù)為)2(4)(0sssG指標(biāo)要求：指標(biāo)要求：stsksv45. 1%5%2011用期望法確定串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。用期望法確定串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。解解1）驗(yàn)算原系統(tǒng)性能指標(biāo)）驗(yàn)算原系統(tǒng)性能指標(biāo)222202424)(nnnssss5 .

10、02n12sKkvstns33%15%100%21e頻率法校正2）作原系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線）作原系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線204060020db)2(4)(0sssG1 . 0110db62lg203）確定期望的開環(huán)對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線）確定期望的開環(huán)對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線低頻段：低頻段：=1 K=kv=20-202-40db2620lg20中頻段：按二階最佳模型設(shè)計(jì)中頻段：按二階最佳模型設(shè)計(jì)sradsradsradtcncsn/2 . 42/1 . 2/93. 2312.1聯(lián)結(jié)段：聯(lián)結(jié)段：c)2 . 01 . 0(4）確定校正環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線）確定校正環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線-404.20.21-2

11、0-20) 12 . 41)(1021. 01() 121)(121. 01(10ssssGc5)列寫校正環(huán)節(jié)：列寫校正環(huán)節(jié)：頻率法校正2.三階期望特性開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)) 11() 11() 1() 1()(221221sssKsTssTKsG)(L-40-20-401c2Kh0對(duì)數(shù)幅頻特性對(duì)數(shù)幅頻特性1）按性能指標(biāo)選擇）按性能指標(biāo)選擇 h 2112TTh2）i 與與c 之間的關(guān)系之間的關(guān)系ch121chh122頻率法校正6.6 并聯(lián)校正（反饋校正） 利用速度、加速度等反饋信號(hào)來改善局部或系統(tǒng)利用速度、加速度等反饋信號(hào)來改善局部或系統(tǒng)的性能的方法。的性能的方法。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可等效地改變

12、局部環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；可等效地改變局部環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 在一定條件下可完全替代局部環(huán)節(jié)。在一定條件下可完全替代局部環(huán)節(jié)。1.比例反饋包圍積分環(huán)節(jié)比例反饋包圍積分環(huán)節(jié)sKHKRY原環(huán)節(jié)：原環(huán)節(jié)：sKsG)(0校正后：校正后：1111)(TsKsKKKKKsKsGHHH頻率法校正2.比例反饋包圍慣性環(huán)節(jié)比例反饋包圍慣性環(huán)節(jié)1TsKHKRY原環(huán)節(jié)：原環(huán)節(jié)：1)(0TsKsG校正后：校正后：1111111)(sTKsKKTKKKKTsKTsKsGHHH其中：其中：)1 (HKKKK)1 (HKKTT頻率法校正3.微分反饋包圍慣性環(huán)節(jié)微分反饋包圍慣性環(huán)節(jié)1TsKsKtRY原環(huán)節(jié)：原環(huán)節(jié)：1)(0TsKsG校正后：校正后：11)(111)(sTKsKKTKsKTsKTsKsGtt其中：其中：KK tKKTT頻率法校正4.微分反饋包圍振蕩環(huán)節(jié)微分反饋包圍振蕩環(huán)節(jié)1222TssTKsKtRY原環(huán)節(jié)：原環(huán)節(jié)：12)(220TssTKsG校正后：校正后：121)2(12112)(22222222sTsTKsKKTsTKsKTssTKTssTKsGtt其中