串聯校正和反饋校正課件

第七章控制系統(tǒng)的

性能分析和校正——用頻率響應法對單輸入-單輸出、線性定常系統(tǒng)進行設計和校正第七章控制系統(tǒng)的

性能分析和校正——用頻率響1

性能分析——一個系統(tǒng)，元部件參數已定，分析它能達到什么指標，能否滿足所要求的各項性能指標；綜合與校正——若系統(tǒng)不能全面地滿足所要求的性能指標，就要考慮對原系統(tǒng)增加些必要的元件或環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)能夠全面地滿足所要求的性能指標。性能分析——一個系統(tǒng)，元部件參數已定，分析它能達到什么指標2

系統(tǒng)的性能指標性能指標分類：一、時域性能指標二、頻域性能指標三、綜合性能指標系統(tǒng)的性能指標性能指標分類：3一、時域性能指標根據系統(tǒng)在典型輸入下輸出響應的某些特點統(tǒng)一規(guī)定的。一、時域性能指標4二、頻域性能指標1、開環(huán)頻域指標：2、閉環(huán)頻域指標二、頻域性能指標5三、綜合性能指標（誤差準則）1、誤差積分性能指標（適用于，無超調情況）三、綜合性能指標（誤差準則）6例1-

試確定能使I值最小的K值該系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，無超調例1-試確定能使I值最小的K值該系統(tǒng)為一72、誤差平方積分性能指標（適用于，有超調情況）重視大誤差，忽略小誤差性能最優(yōu)系統(tǒng)就是使I取極小的系統(tǒng)2、誤差平方積分性能指標（適用于，8系統(tǒng)的性能指標要根據它所要完成的具體任務而提出；應有所側重；性能指標的提出要有根據，不能脫離實際；幾個性能指標會互相矛盾，要折衷考慮并加以校正。系統(tǒng)的性能指標要根據它所要完成的具體任務而提出；應有所側重；9

系統(tǒng)的校正概述

所謂校正（或稱補償）就是給系統(tǒng)附加一些具有某種典型環(huán)節(jié)特性的電網絡，運算部件或測量裝置等，靠這些裝置的配置來有效地改善整個系統(tǒng)的控制性能。這一附加的部分稱為校正元件或校正裝置，通常是一些無源或有源微積分電路，以及速度、加速度傳感器等。系統(tǒng)的校正概述所謂校正（或10校正裝置在系統(tǒng)中的聯結方式：順饋校正干擾補償串聯校正反饋校正校正裝置在系統(tǒng)中的聯結方式：11順饋校正-補償器放在系統(tǒng)回路之外不影響特征方程，只補償由于輸入造成的穩(wěn)態(tài)誤差。順饋校正-補償器放在不影響特征方程，只補償由12干擾補償-當干擾直接可測量時不影響特征方程，只補償由于干擾造成的穩(wěn)態(tài)誤差。干擾補償-當干擾直接可測量時不影響特征方程13串聯校正-

在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法，校正裝置串聯在系統(tǒng)的前向通道中。串聯校正-在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法，校14反饋校正-

在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法，在系統(tǒng)中增加某些局部反饋環(huán)節(jié)。-反饋校正-在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法15

串聯校正超前校正滯后校正滯后-超前校正PID調節(jié)器串聯校正超前校正16超前校正1、超前網絡超前校正172、超前校正的作用-

由于正相移的作用，使截止頻率附近的相位明顯上升，具有較大的相位裕量，既改善了原系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又提高了系統(tǒng)的截止頻率，獲得足夠的快速性。

超前校正不改變低頻特性，所以不能提高穩(wěn)態(tài)精度，若想進一步提高開環(huán)增益，以提高穩(wěn)態(tài)精度，則會降低系統(tǒng)抗高頻干擾的能力。2、超前校正的作用-由于正相移的作用，使截止頻率18滯后校正1、滯后網絡滯后校正192、滯后校正的作用--滯后校正并不是利用相角滯后作用來使原系統(tǒng)穩(wěn)定，而是利用幅值衰減作用使系統(tǒng)穩(wěn)定的，校正后，截止頻率前移，以犧牲快速性換取穩(wěn)定性。滯后校正不改變低頻段的特性，故對穩(wěn)態(tài)精度無破壞作用。相反，還允許適當提高開環(huán)增益，進一步改善穩(wěn)態(tài)精度。對于高精度、而快速性要求不高的系統(tǒng)采用滯后校正。如恒溫控制等。2、滯后校正的作用--滯后校正并不是利用相角滯20滯后-超前校正1、滯后-超前網絡滯后網絡超前網絡滯后-超前校正滯后網絡超前網絡21

實際上，無源校正網絡常因負載效應的影響而削弱了校正的作用，或使網絡參數難以選擇，故目前在實際控制系統(tǒng)中，多采用以運算放大器組成的有源校正部件，參看教材226頁，表7-1。實際上，無源校正網絡常因負載效應的影響而削弱了22PID調節(jié)器

在當今的工業(yè)控制器中，有半數以上采用了PID或變形PID控制方案。模擬PID控制器大多數是液壓的、氣動的、電氣的和電子型的，或是由它們構成的組合型。由于微處理器的大量應用，許多變成了數字型的。大多數PID控制器是現場調節(jié)的，某些PID控制器還具有在線自動調節(jié)能力。ProportionIntegralDifferentiationPID調節(jié)器在當今的工業(yè)控制器中，有半數以上采用了231、PD調節(jié)器相當于超前校正1、PD調節(jié)器相當于超前校正242、PI調節(jié)器相當于滯后校正2、PI調節(jié)器相當于滯后校正253、PID調節(jié)器相當于滯后-超前校正3、PID調節(jié)器相當于滯后-超前校正26

關于串聯校正元件參數的確定，要從具體系統(tǒng)原有部分的特性和給出的性能指標兩方面進行綜合分析，這將在以后討論。

關于串聯校正元件參數的確定，要從具體系統(tǒng)原27

反饋校正

反饋校正在控制系統(tǒng)中得到廣泛應用，常見的有被控量的速度、加速度反饋、執(zhí)行機構的輸出及其速度的反饋；以及復雜系統(tǒng)的中間變量反饋等。教材232頁，圖7-20。反饋校正反饋校正在控制系28

在隨動系統(tǒng)和調速系統(tǒng)中，轉速、加速度、電樞電流等，都可作為反饋信號源，而具體的反饋元件實際上就是一些測量傳感器，如測速發(fā)電機、加速度傳感器、電流互感器等。在隨動系統(tǒng)和調速系統(tǒng)中，轉速、加速度、電29

從控制的觀點來看，反饋校正比串聯校正有其突出的特點：一、它能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動態(tài)結構和參數；二、在一定條件下，反饋校正甚至能完全取代被包圍環(huán)節(jié)，從而可以大大減弱這部分環(huán)節(jié)由于特性參數變化及各種干擾，給系統(tǒng)帶來的不利影響。從控制的觀點來看，反饋校正比串聯校正有其30一、利用反饋校正改變局部結構和參數

1、比例反饋包圍積分環(huán)節(jié)由原來的積分環(huán)節(jié)變成慣性環(huán)節(jié)-一、利用反饋校正改變局部結構和參數由原來的積分環(huán)節(jié)變成慣性環(huán)312、比例反饋包圍慣性環(huán)節(jié)

結果仍為慣性環(huán)節(jié)，但時間常數減小了。反饋系數越大，時間常數越小。-2、比例反饋包圍慣性環(huán)節(jié)結果仍為慣性環(huán)節(jié)32

3、微分反饋包圍慣性環(huán)節(jié)

結果仍為慣性環(huán)節(jié)，但時間常數增大了。反饋系數越大，時間常數越大。-3、微分反饋包圍慣性環(huán)節(jié)結果仍為慣性環(huán)節(jié)334、微分反饋包圍振蕩環(huán)節(jié)

結果仍為振蕩環(huán)節(jié)，但阻尼比卻顯著增大。從而可改善小阻尼環(huán)節(jié)的不利影響。-4、微分反饋包圍振蕩環(huán)節(jié)結果仍為振蕩環(huán)節(jié)，但34二、利用反饋校正取代局部結構-

常被用來改造不希望有的某些環(huán)節(jié)，或用來消除非線性、變參量的影響。二、利用反饋校正取代局部結構-常被用來改造35作業(yè)：7-10作業(yè)：7-1036第七章控制系統(tǒng)的

性能分析和校正——用頻率響應法對單輸入-單輸出、線性定常系統(tǒng)進行設計和校正第七章控制系統(tǒng)的

性能分析和校正——用頻率響37

性能分析——一個系統(tǒng)，元部件參數已定，分析它能達到什么指標，能否滿足所要求的各項性能指標；綜合與校正——若系統(tǒng)不能全面地滿足所要求的性能指標，就要考慮對原系統(tǒng)增加些必要的元件或環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)能夠全面地滿足所要求的性能指標。性能分析——一個系統(tǒng)，元部件參數已定，分析它能達到什么指標38

系統(tǒng)的性能指標性能指標分類：一、時域性能指標二、頻域性能指標三、綜合性能指標系統(tǒng)的性能指標性能指標分類：39一、時域性能指標根據系統(tǒng)在典型輸入下輸出響應的某些特點統(tǒng)一規(guī)定的。一、時域性能指標40二、頻域性能指標1、開環(huán)頻域指標：2、閉環(huán)頻域指標二、頻域性能指標41三、綜合性能指標（誤差準則）1、誤差積分性能指標（適用于，無超調情況）三、綜合性能指標（誤差準則）42例1-

試確定能使I值最小的K值該系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，無超調例1-試確定能使I值最小的K值該系統(tǒng)為一432、誤差平方積分性能指標（適用于，有超調情況）重視大誤差，忽略小誤差性能最優(yōu)系統(tǒng)就是使I取極小的系統(tǒng)2、誤差平方積分性能指標（適用于，44系統(tǒng)的性能指標要根據它所要完成的具體任務而提出；應有所側重；性能指標的提出要有根據，不能脫離實際；幾個性能指標會互相矛盾，要折衷考慮并加以校正。系統(tǒng)的性能指標要根據它所要完成的具體任務而提出；應有所側重；45

系統(tǒng)的校正概述

所謂校正（或稱補償）就是給系統(tǒng)附加一些具有某種典型環(huán)節(jié)特性的電網絡，運算部件或測量裝置等，靠這些裝置的配置來有效地改善整個系統(tǒng)的控制性能。這一附加的部分稱為校正元件或校正裝置，通常是一些無源或有源微積分電路，以及速度、加速度傳感器等。系統(tǒng)的校正概述所謂校正（或46校正裝置在系統(tǒng)中的聯結方式：順饋校正干擾補償串聯校正反饋校正校正裝置在系統(tǒng)中的聯結方式：47順饋校正-補償器放在系統(tǒng)回路之外不影響特征方程，只補償由于輸入造成的穩(wěn)態(tài)誤差。順饋校正-補償器放在不影響特征方程，只補償由48干擾補償-當干擾直接可測量時不影響特征方程，只補償由于干擾造成的穩(wěn)態(tài)誤差。干擾補償-當干擾直接可測量時不影響特征方程49串聯校正-

在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法，校正裝置串聯在系統(tǒng)的前向通道中。串聯校正-在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法，校50反饋校正-

在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法，在系統(tǒng)中增加某些局部反饋環(huán)節(jié)。-反饋校正-在系統(tǒng)主反饋回路內采用的校正方法51

串聯校正超前校正滯后校正滯后-超前校正PID調節(jié)器串聯校正超前校正52超前校正1、超前網絡超前校正532、超前校正的作用-

由于正相移的作用，使截止頻率附近的相位明顯上升，具有較大的相位裕量，既改善了原系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又提高了系統(tǒng)的截止頻率，獲得足夠的快速性。

超前校正不改變低頻特性，所以不能提高穩(wěn)態(tài)精度，若想進一步提高開環(huán)增益，以提高穩(wěn)態(tài)精度，則會降低系統(tǒng)抗高頻干擾的能力。2、超前校正的作用-由于正相移的作用，使截止頻率54滯后校正1、滯后網絡滯后校正552、滯后校正的作用--滯后校正并不是利用相角滯后作用來使原系統(tǒng)穩(wěn)定，而是利用幅值衰減作用使系統(tǒng)穩(wěn)定的，校正后，截止頻率前移，以犧牲快速性換取穩(wěn)定性。滯后校正不改變低頻段的特性，故對穩(wěn)態(tài)精度無破壞作用。相反，還允許適當提高開環(huán)增益，進一步改善穩(wěn)態(tài)精度。對于高精度、而快速性要求不高的系統(tǒng)采用滯后校正。如恒溫控制等。2、滯后校正的作用--滯后校正并不是利用相角滯56滯后-超前校正1、滯后-超前網絡滯后網絡超前網絡滯后-超前校正滯后網絡超前網絡57

實際上，無源校正網絡常因負載效應的影響而削弱了校正的作用，或使網絡參數難以選擇，故目前在實際控制系統(tǒng)中，多采用以運算放大器組成的有源校正部件，參看教材226頁，表7-1。實際上，無源校正網絡常因負載效應的影響而削弱了58PID調節(jié)器

在當今的工業(yè)控制器中，有半數以上采用了PID或變形PID控制方案。模擬PID控制器大多數是液壓的、氣動的、電氣的和電子型的，或是由它們構成的組合型。由于微處理器的大量應用，許多變成了數字型的。大多數PID控制器是現場調節(jié)的，某些PID控制器還具有在線自動調節(jié)能力。ProportionIntegralDifferentiationPID調節(jié)器在當今的工業(yè)控制器中，有半數以上采用了591、PD調節(jié)器相當于超前校正1、PD調節(jié)器相當于超前校正602、PI調節(jié)器相當于滯后校正2、PI調節(jié)器相當于滯后校正613、PID調節(jié)器相當于滯后-超前校正3、PID調節(jié)器相當于滯后-超前校正62

關于串聯校正元件參數的確定，要從具體系統(tǒng)原有部分的特性和給出的性能指標兩方面進行綜合分析，這將在以后討論。

關于串聯校正元件參數的確定，要從具體系統(tǒng)原63

反饋校正

反饋校正在控制系統(tǒng)中得到廣泛應用，常見的有被控量的速度、加速度反饋、執(zhí)行機構的輸出及其速度的反饋；以及復雜系統(tǒng)的中間變量反饋等。教材232頁，圖7-20。反饋校正反饋校正在控制系64

在隨動系統(tǒng)和調速系統(tǒng)中，轉速、加速度、電樞電流等，都可作為反饋信號源，而具體的反饋元件實際上