華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章

第六章線性控制系統的設計與校正節(jié)設計與校正的基本思想第二節(jié)根軌跡校正法第三節(jié)頻率特性校正法第四節(jié)局部反饋校正第五節(jié)復合控制校正

華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第1頁!節(jié)設計與校正的基本思想控制系統的基本結構形式串聯校正裝置串聯反饋校正的基本方法華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第2頁!控制系統的基本結構形式反饋控制系統的基本結構比例校正裝置的設計及存在問題通常需要進行穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能及動態(tài)性能的綜合設計。設計指標范圍廣、水平高，因此存在一定的設計難度。通常簡單設計方案和控制器很難同時滿足綜合指標的要求。解決性能指標不足的方法改變串聯校正裝置的形式改變控制系統的結構廣義被控對象G(S)結構、參數已知，選擇校正裝置Gc(S)，與被控對象構成串聯負反饋控制系統。華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第3頁!串聯校正裝置串聯校正裝置Gc(s)的數學模型根軌跡校正模型（增加開環(huán)零極點改變系統特性）單零點校正：零極點超前校正：零極點滯后校正：

頻域校正模型（增加積分環(huán)節(jié)、超前或滯后網絡改變系統特性）超前校正：滯后校正：串聯校正裝置的物理實現

無源網絡、有源網絡、調節(jié)器、工業(yè)計算機。華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第4頁!第二節(jié)根軌跡校正法根軌跡校正法的理論依據時域指標與閉環(huán)主導極點位置的關系

校正裝置的形式

根軌跡動態(tài)校正法的思路及其校正裝置參數的計算

根軌跡靜態(tài)校正法的思路及其校正裝置參數的計算

華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第5頁!時域指標與閉環(huán)主導極點位置的關系閉環(huán)主導極點在復平面的位置決定系統動態(tài)指標——超調量、調節(jié)時間和峰值時間。閉環(huán)主導極點處的開環(huán)增益和系統開環(huán)極點在原點的個數(型別)決定了系統穩(wěn)態(tài)性能。

等超調線等調節(jié)時間線等峰值時間線S平面華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第6頁!動態(tài)校正的思路及參數計算解題思路及步驟根據動態(tài)設計指標要求選擇主導極點S*位置；取校正裝置Gc(s)=kc繪制根軌跡；確定主導極點S*不在根軌跡上（檢驗S*不滿足相位條件），且在根軌跡左側；選擇校正裝置形式并計算校正裝置的參數方法一：校正裝置增加零點由相位條件確定零點坐標zc；方法二：校正裝置增加零極點由相位條件確定零極點坐標zc，pc。由幅值條件計算kc檢驗校正后的系統性能應用舉例若在根軌跡上？直接確定主導極點S*處kc的取值。華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第7頁!零極點校正2j-20-PcSS+ZcS-ZcS+Pc注意：零極點校正為多解題S平面系統型別1型；開環(huán)增益為2。華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第8頁!第三節(jié)頻率特性校正法校正裝置特性分析對靜態(tài)性能指標的校正動態(tài)性能指標的校正動態(tài)超前校正動態(tài)滯后校正滯后-超前校正華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第9頁!對靜態(tài)性能指標的校正校正思路根據題意對靜態(tài)指標的要求確定校正裝置的型別和增益應用舉例

已知

確定串聯校正裝置中的kc、c，滿足控制系統速度誤差系數kv=200。根據題意對系統靜態(tài)性能的要求是：型別為1型，開環(huán)增益k=200結論：取kc=20、c=1

滿足靜態(tài)指標要求的系統開環(huán)傳遞函數為：頻率特性校正法的順序是先靜態(tài)后動態(tài)?。?！0華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第10頁!應用舉例P163[例6-3]被控對象的傳遞函數,對系統的要求為：，要求單位斜坡擾動下的穩(wěn)態(tài)誤差、穿越頻率、相角裕量試確定校正網絡的形式及參數。靜態(tài)校正動態(tài)校正過程計算性能指標；計算補償角；計算校正裝置參數；校驗。結論：華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第11頁!動態(tài)滯后校正已知滿足靜態(tài)指標要求的開環(huán)傳遞函數，并計算動態(tài)指標；若相角裕量偏小而剪切頻率有余，一般選擇動態(tài)滯后校正網絡；根據設計要求和找尋滿足相角裕量的頻率確定校正網絡參數確定校正網絡參數確定校正網絡參數校驗：由計算校正后的動態(tài)性能指標應用舉例華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第12頁!1）計算滿足靜態(tài)指標時的動態(tài)指標2）計算滯后校正后的剪切頻率3）計算校正裝置參數4）基于校正后的開環(huán)傳遞函數校驗華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第13頁!第四節(jié)局部反饋校正局部反饋校正方案的提出局部反饋校正系統的結構局部反饋校正效果的定性分析改變開環(huán)傳遞函數的結構，方便串聯校正網絡的設計；提高抗內擾能力；明顯提高控制系統的控制水平。定量分析華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第14頁!1）無局部反饋時開環(huán)傳遞函數、Bode曲線及特性分析2）加局部反饋時開環(huán)傳遞函數、Bode曲線及特性分析Kc2越大動態(tài)校正效果越明顯。Kc1用于調整系統的開環(huán)增益。頻域分析法華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第15頁!串聯反饋校正的基本方法根軌跡校正法通過選擇串聯校正裝置，1）使系統的閉環(huán)主導極點位于復平面上滿足動態(tài)指標要求的希望位置上；2）使系統的開環(huán)增益滿足靜態(tài)指標要求。頻域校正法

通過選擇串聯校正裝置，1）使系統的型別和開環(huán)增益滿足靜態(tài)指標要求；2）使系統擁有足夠的剪切頻率和相角裕量。華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第16頁!根軌跡校正法的理論依據根軌跡方程：相位條件：

幅值條件：

通過選擇控制器的結構和參數，使S平面上滿足性能指標的點成為根軌跡上的點即作為控制系統的希望閉環(huán)主導極點。根軌跡上的點應該滿足相位條件，而幅值條件則通過根軌跡增益的取值確定。由此確定控制參數（Zc、Pc、Kc）。

0華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第17頁!根軌跡法校正時校正裝置的形式動態(tài)校正裝置：靜態(tài)校正裝置：需要確定的參數為：Zc、Pc、Kc

（開環(huán)增益）華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第18頁!單零點校正方法二：低階系統單零點希望特性法校正由希望極點得希望特征方程；選擇校正裝置，得校正后系統特征方程；聯立求待定參數Zc、Kc的取值。2j-20-Zc=-4S*S*+ZcS*

+2S*系統型別1型；開環(huán)增益為4。S平面華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第19頁!靜態(tài)校正的思路及參數計算零極點滯后校正裝置性能分析

由于零極點構成偶極子，則對根軌跡即動態(tài)性能的影響忽略。通過比值增大系統的開環(huán)增益，以達到減小靜態(tài)誤差的目的。校正裝置參數的計算在系統滿足動態(tài)性能的前提下，即閉環(huán)主導極點已經確定，若此時系統的靜態(tài)誤差過大不滿足性能指標的要求時，串聯零極點滯后校正裝置。希望開環(huán)增益=滿足動態(tài)要求的系統開環(huán)增益×Zc/Pc零點位置在靠近虛軸處選擇(非唯一)，極點坐標由上述公式確定。對系統動態(tài)性能影響的校驗：利用三角形的余弦定理，一般保證零極點矢量的夾角小于或等于30。

根軌跡校正法的順序是先動態(tài)后靜態(tài)！！zcpcsS平面華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第20頁!校正裝置特性分析動態(tài)超前校正網絡BODE曲線特性最大超前角頻率最大超前角最大超前角處的幅值增益動態(tài)滯后校正網絡BODE曲線特性高頻段幅值高頻段相位滯后忽略靜態(tài)校正網絡華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第21頁!動態(tài)超前校正已知滿足靜態(tài)指標要求的開環(huán)傳遞函數，并計算動態(tài)指標；若剪切頻率和相角裕量都偏小，一般選擇動態(tài)超前校正網絡；根據設計要求計算超前網絡的補償角確定校正網絡參數確定校正網絡參數確定校正后的剪切頻率確定校正網絡參數校驗：由計算校正后的動態(tài)性能指標應用舉例華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第22頁!1）計算滿足靜態(tài)指標的系統動態(tài)標：2）求補償角：3）計算校正裝置參數4）計算校正后的剪切頻率5）計算校正裝置參數T6）動態(tài)校正裝置7）校驗華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第23頁!應用舉例P166[例6-5]單位負反饋系統開環(huán)傳遞函數為，要求進行串聯校正，使校正后的系統相位裕量，在時，要求，試確定校正網絡的形式及參數。靜態(tài)校正動態(tài)校正過程計算滿足相角裕量要求的頻率；確定校正參數；校驗。結論：

華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第24頁!動態(tài)滯后-超前校正1/aT11/T11/T2a/T2對低頻特性無影響對高頻特性無影響中頻特性的超前頻段對動態(tài)性能可產生明顯改善華北電力大學于希寧教授自動控制理論第六章共27頁，您現在瀏覽的是第25頁!1）繪制無局部反饋時的根軌跡2）繪增加部反饋時的根軌跡，并討論參數kc2取值對開環(huán)根軌跡起點的影響3）討論參數kc1取值對特征根位置的影響4）校正效果總結