控制系統(tǒng)的校正

第6講

自動控制系統(tǒng)的校正設(shè)計課程內(nèi)容:

控制系統(tǒng)設(shè)計原則超前校正基本方法滯后校正基本方法需要掌握內(nèi)容控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及原因。系統(tǒng)的時域和頻域指標超前（滯后）校正的基本原理、特點及控制器傳函、Bode圖。6.1校正問題的提出控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟1、元件選擇根據(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、參數(shù)等。2、傳感器的選擇根據(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3、放大器的選擇

調(diào)整放大器的增益，使得系統(tǒng)性能滿足要求。

4、采用校正裝置若調(diào)整增益不能滿足指標，增加參數(shù)及特性可按需改變的校正裝置校正:為了實現(xiàn)預期性能而對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行的修改或調(diào)整.校正裝置:為改善系統(tǒng)的性能而加入的附加部件或電路.6.2控制系統(tǒng)的性能指標

性能指標選擇原則（1）不同控制系統(tǒng)對性能指標有不同的側(cè)重。（例如：調(diào)速系統(tǒng)對平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)精度要求，隨動系統(tǒng)側(cè)重快速性）各盡所能（2）指標的提出符合實際系統(tǒng)的需要和可能。(例如:響應(yīng)時間考慮物理實際,超調(diào)量問題)不要大躍進

時域指標：調(diào)整時間、超調(diào)量、阻尼比、穩(wěn)態(tài)誤差

頻域指標：相角裕度、幅值裕度、諧振峰值、閉環(huán)帶寬、幅值穿越頻率魯棒性指標最大靈敏度控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則（1）低頻區(qū)：希望提供盡可能高的增益，達到小的誤差。

對系統(tǒng)品質(zhì)指標的要求，可以歸結(jié)為對系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的要求。?0型系統(tǒng)靜態(tài)位置誤差常數(shù)Kp20lgKpⅠ型系統(tǒng)靜態(tài)速度誤差常數(shù)KvKv0Ⅱ型系統(tǒng)-40-60靜態(tài)加速度誤差常數(shù)Ka（2）中頻區(qū)：斜率限制在-20dB/dec，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性Bode幅相關(guān)系（3）高頻區(qū)：盡可能快的衰減，減小高頻噪聲的干擾高頻時，閉環(huán)頻率特性和開環(huán)頻率特性近似重合控制系統(tǒng)可以看做一個低通濾波器。6.3控制系統(tǒng)的校正方式串接于系統(tǒng)前向通道之中接在系統(tǒng)局部反饋通路之中頻域校正基本分析穩(wěn)態(tài)誤差快速性穩(wěn)定性低頻增益剪切頻率相位裕量穩(wěn)態(tài)誤差不滿足要求增加k誤差減小快速性增加穩(wěn)定性變差響應(yīng)速度不滿足要求ωc穩(wěn)定性不滿足要求

超前校正的實質(zhì)是對于相角裕量小的系統(tǒng),引入超前校正網(wǎng)絡(luò),利用其產(chǎn)生的最大相角來增加系統(tǒng)的相角裕量.6.4超前校正LoopShaping-回路整形α<1超前元件最大超前相角頻率最大超前相角超前網(wǎng)絡(luò)相角在ωm處的幅值相角與參數(shù)α之間的關(guān)系例題開環(huán)傳遞函數(shù)要求：單位速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差e=0.05,相位裕量50度，幅值裕量10dB①根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定K穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差②根據(jù)已確定的開環(huán)增益，計算系統(tǒng)相角裕量L/dB120-90-180φ相角裕量17度③確定利用超前網(wǎng)絡(luò)需補償?shù)慕嵌圈?-90-180校正后的幅值穿越頻率需補償?shù)慕嵌葹?0-(17-5)=38④確定系數(shù)α由得⑤確定幅值穿越頻率大小校正后幅值穿越頻率⑥確定超前網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)角頻率⑦確定超前網(wǎng)絡(luò)⑧對校正后的頻率特性進行驗算穩(wěn)定性？響應(yīng)速度？超前校正基本步驟滿足？指標開環(huán)增益需要相角確定α確定T確定ωc結(jié)束否超前校正的特點1、利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前量提供裕量。2、校正后使系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬增加。(1)閉環(huán)系統(tǒng)帶寬的要求。若校正系統(tǒng)帶寬過大，使得通過系統(tǒng)的高頻噪聲電平很高，則系統(tǒng)可能失控(2)幅值穿越頻率附近的相角迅速減小，則校正系統(tǒng)的相角裕量改善不大，很難得到足夠的相角超前超前校正的限制條件

利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻幅值衰減特性，使系統(tǒng)的截止頻率下降，從而使系統(tǒng)獲得足夠的相角裕度。6.5滯后校正滯后校正網(wǎng)絡(luò)波德圖例題開環(huán)傳遞函數(shù)要求：單位速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為0.2

相位裕量40度幅值裕度10dB①根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定開環(huán)增益K穩(wěn)態(tài)誤差開環(huán)增益②計算系統(tǒng)的相角裕量0.1210o-90o-180oωcL/dBΦ(ω)是否可以采用超前校正相角裕度-20o未校正系統(tǒng)的階躍響應(yīng)③確定需提供的相角裕量00o-90o-180o需提供相角裕量40o+12o=52o④確定新的幅