自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正一.ppt

1、6自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正 6-1控制系統(tǒng)校正的基本概念,系統(tǒng)分析：對(duì)已知結(jié)構(gòu)參數(shù)的系統(tǒng)進(jìn)行建模,然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算,研究其與參數(shù)關(guān)系。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要,從工程實(shí)際出發(fā),提出期望性能指標(biāo),然后根據(jù)控制對(duì)象,合理選擇方案及結(jié)構(gòu),計(jì)算參數(shù)和選擇元部件,建立起能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)的系統(tǒng)。 固有系統(tǒng):通常,系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,根據(jù)己知被控對(duì)象的特點(diǎn)、技術(shù)要求以及經(jīng)濟(jì)性、可靠性、維修方便性等要求選定系統(tǒng)其它部件,從而組成最基本的控制系統(tǒng),稱(chēng)為固有系統(tǒng)。固有系統(tǒng)中除放大器的放大系數(shù)可調(diào)外,其余參數(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中往往是不變的,故又稱(chēng)為不可變部分。 校正裝置:固有系統(tǒng)性能較差,難以滿(mǎn)足對(duì)性能指標(biāo)的要求,

2、必須在系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引入新的附加環(huán)節(jié)(校正裝置)以作為同時(shí)改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能的手段。這種用添加新環(huán)節(jié)去改善系統(tǒng)性能的過(guò)程稱(chēng)為對(duì)控制系統(tǒng)的校正。,6自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正 6-1控制系統(tǒng)校正的基本概念,校正方式:1.串聯(lián)校正2.并聯(lián)校正(反饋校正);3.復(fù)合控制校正,6自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正 6-1控制系統(tǒng)校正的基本概念,1.穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)：常用穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù) 給出； 2.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)： 時(shí)域指標(biāo)： 開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo) 閉環(huán)頻域指標(biāo)： 復(fù)域指標(biāo)：常以系統(tǒng)主導(dǎo)極點(diǎn)所允許的最小阻尼系數(shù)和最小無(wú)阻尼振蕩角頻率表示。 3.設(shè)計(jì)方法： (1).頻率法:利用校正裝置改變?cè)到y(tǒng)頻率特性形狀,使其具有合適的低頻段、中

3、頻段和高頻段從而獲得滿(mǎn)意的靜、動(dòng)態(tài)性能。,(2).根軌跡法：假定校正后閉環(huán)具有一對(duì)主導(dǎo)共軛復(fù)數(shù)極點(diǎn),若原系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)不到要求,則引入適當(dāng)校正裝置,利用其零極點(diǎn)去改變?cè)壽E,使通過(guò)期望主導(dǎo)極點(diǎn)。考慮到校正后系統(tǒng)的閉環(huán)零點(diǎn)和非主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)性能的影響,故選擇期望主導(dǎo)極點(diǎn)時(shí)應(yīng)留有余地。 (3).計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),6-2常用電氣型校正裝置及其特性,6-2-1.超前校正裝置(微分校正裝置),6-26-2-1超前校正裝置H:exp603252.m,6-2-1超前校正裝置.exp604252.m,設(shè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)開(kāi)環(huán)放大系數(shù)衰減已由放大器補(bǔ)償,6-2-1超前校正裝置.exp604252.m,6-2常用電氣型校正裝置及

4、其特性6-2-1超前校正裝置,在由1/T1/(T),L()的斜率為+20,與純微分環(huán)節(jié)的L()斜率相同,意味著網(wǎng)絡(luò)在該頻率范圍內(nèi)對(duì)輸入信號(hào)有微分作用,故稱(chēng)微分校正網(wǎng)絡(luò); 在由0所有頻率下,相角均為正值,即網(wǎng)絡(luò)輸出信號(hào)在相位上總是超前于輸人信號(hào),故稱(chēng)為相角超前校正網(wǎng)絡(luò)。,6-2常用電氣型校正裝置及其特性6-2-1超前校正裝置,2.有源超前網(wǎng)絡(luò),6-2常用電氣型校正裝置及其特性6-2-2滯后校正(積分校正)裝置,6-2-2滯后校正(積分校正)裝置.exp603252.m,6-2-2滯后校正(積分校正)裝置,6-2-2滯后校正(積分校正)裝置.exp604252.m,6-2-2滯后校正(積分校正)裝

5、置,因1,故網(wǎng)絡(luò)負(fù)實(shí)數(shù)極點(diǎn)-1/(T)位于負(fù)實(shí)數(shù)零點(diǎn)(-1/T)右側(cè),即極點(diǎn)比零點(diǎn)更靠近原點(diǎn)。若T足夠大,則滯后網(wǎng)絡(luò)提供一對(duì)靠近原點(diǎn)的開(kāi)環(huán)偶極子,在不影響遠(yuǎn)離偶極子處根軌跡前提下,大大提高穩(wěn)態(tài)性能。,6-2-3滯后-超前校正(積分-微分校正)裝置.1,6-2-3.1無(wú)源滯后-超前網(wǎng)絡(luò).exp615259.m,6-2-3滯后-超前校正裝置.1無(wú)源滯后-超前網(wǎng)絡(luò),6-2-3.1無(wú)源滯后-超前網(wǎng)絡(luò).exp616259.m,6-2-3滯后-超前校正裝置.2有源滯后-超前網(wǎng)絡(luò),6-2常用電氣型校正裝置及其特性:由運(yùn)算放大器組成的有源校正網(wǎng)絡(luò),6-2常用電氣型校正裝置及其特性:由運(yùn)算放大器組成的有源校正網(wǎng)

6、絡(luò),6-2常用電氣型校正裝置及其特性:由運(yùn)算放大器組成的有源校正網(wǎng)絡(luò),6-3自控系統(tǒng)的頻率法校正6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)方法 例6-1,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)方法 例6-1,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)方法 例6-1exp602264.mdl,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)方法 例6-1exp602265.m,*6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)方法 例6-1exp602264.mdl,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)方法 例6-1exp602264.mdlexp602265.m,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)步驟,(1)由穩(wěn)態(tài)誤差要求,確定開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K.繪原系統(tǒng)Bo

7、de圖,求未校正系統(tǒng)截止頻率 相角裕度 和幅值裕度 ; (2)確定校正后系統(tǒng)截止頻率 和網(wǎng)絡(luò)的 : 按要求值選定 ,在圖查未校正系統(tǒng)的 .取 ,使 求出 值. 若事先未提出 要求,則由指標(biāo) 要求,由下式求超前網(wǎng)絡(luò)最大超前角 為校正網(wǎng)絡(luò)引入后截止頻率右移導(dǎo)致相角裕度減少的補(bǔ)償量,一般, 左右. ;在 查 值為 的頻率即,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)步驟,(3)確定校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù): (4)檢驗(yàn)性能指標(biāo); (5)確定校正網(wǎng)絡(luò)電氣元件參數(shù).,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-3,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-3,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置設(shè)計(jì) 例6-3exp603269.mdle

8、xp603270.m,6-3-1串聯(lián)超前校正裝置設(shè)計(jì) 例6-3 exp602265.m,*6-3-1串聯(lián)超前校正裝置設(shè)計(jì) 例6-3exp603269.mdl exp603270.m,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-4,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-4,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-5,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-5H:exp605271.mdlH:exp605272.m,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-5 exp605272.m,*6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì)例6-5H:exp605271.mdl,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì)步驟,(1)

9、,(1)由穩(wěn)態(tài)誤差要求,確定開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K.繪原系統(tǒng)Bode圖,求未校正系統(tǒng)截止頻率 相角裕度 和幅值裕度 ; (2)確定校正后系統(tǒng)截止頻率 : 由指標(biāo) ,按下式求為補(bǔ)償滯后網(wǎng)絡(luò)副作用的新相角裕度 在未校正系統(tǒng)相頻特性上找對(duì)應(yīng) 的頻率,作為校正后系統(tǒng)截止頻率 . (3)求 :在未校正系統(tǒng)頻率特性上求 處的 由下式求 值:,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì)步驟,(3)確定校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù):確定校正網(wǎng)絡(luò)的第二個(gè)轉(zhuǎn)折頻率 (4)檢驗(yàn)性能指標(biāo);若未達(dá)到,應(yīng)進(jìn)一步左移 后重新計(jì)算; (5)確定校正網(wǎng)絡(luò)電氣元件參數(shù).,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-6,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-6H

10、:exp606273.mdlH:exp605272.m,*6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-6H:exp606273.mdl,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) p275 例,由于滯后網(wǎng)絡(luò)具有低頻段不變,中、高頻衰減特性,網(wǎng)絡(luò)串入系統(tǒng)后,使c左移, 增加。如保持原有,就允許K提高,直至c右移到原位置。這表明滯后校正可在保持原系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不變前提下,提高穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù),改善靜態(tài)性能。,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) p275例H:exp605272.m,6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) p275例.exp633275.mdl,*6-3-2串聯(lián)滯后校正裝置的設(shè)計(jì) p275例.exp633275

11、.mdl,6-3-3串聯(lián)滯后-超前校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-7,6-3-3串聯(lián)滯后-超前校正裝置的設(shè)計(jì) 例6-7,6-3-3串聯(lián)滯后-超前校正裝置的設(shè)計(jì)例 6-7.exp607279.mdlH:exp607278.m,6-3-3串聯(lián)滯后-超前校正裝置的設(shè)計(jì)例 6-7 exp607278.m,*6-3-3串聯(lián)滯后-超前校正裝置的設(shè)計(jì)例 6-7.exp607279.mdl,6-3-3串聯(lián)滯后-超前校正裝置的設(shè)計(jì)步驟,(1)由穩(wěn)態(tài)誤差要求,確定開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K.繪原系統(tǒng)Bode圖,求未校正系統(tǒng)截止頻率 相角裕度 和幅值裕度 ; (2)確定校正后系統(tǒng)截止頻率 ,使在該點(diǎn)能通過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)超前環(huán)節(jié)提供足夠相角超前

12、量,以滿(mǎn)足相角裕度要求;又能通過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)滯后環(huán)節(jié),把該點(diǎn)原幅頻特性 衰減至0dB. (3)確定滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)滯后部分的轉(zhuǎn)折頻率 的選取依據(jù),一是能把 處原幅頻特性 衰減至0dB,二是能使超前部分在 處提供足夠相角超前量. 一經(jīng)確定,則 可求.,6-3-3串聯(lián)滯后-超前校正裝置的設(shè)計(jì)步驟,(4)確定滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)超前部分的轉(zhuǎn)折頻率 :由于須把原系統(tǒng) 壓縮至0dB .故可通 過(guò) 作+20直線,與0dB線及 線相交,則交點(diǎn)頻率分別為 (5)畫(huà)出校正后系統(tǒng)Bode圖,檢驗(yàn)性能指標(biāo).,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)設(shè)法,設(shè) 為系統(tǒng)固有部分傳遞函數(shù), 為串聯(lián)校正裝置傳遞函數(shù).校正后系

13、統(tǒng)傳遞函數(shù)和頻率特性為: 式中, 為系統(tǒng)固有部分對(duì)數(shù)幅頻特性; 為串聯(lián)校正裝置對(duì)數(shù)幅頻特性; 為系統(tǒng)校正后所期望的對(duì)數(shù)幅頻特性.期望的對(duì)數(shù)頻率特性是根據(jù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能要求,并考慮未校正系統(tǒng)特性而確定的期望開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性. 根據(jù)繪出的 ,減去 ,即可得 , 在最小相位系統(tǒng)中,根據(jù) 形狀即可寫(xiě)出,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法,常用期望對(duì)數(shù)幅頻特性有二階,三階,四階期望特性. (1)二階期望特性:校正后系統(tǒng)為典型二階系統(tǒng),又稱(chēng)型二階系統(tǒng):,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法,工程上常以 時(shí)的二階期望特性作為二階工程最佳特性,此時(shí),二階系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)為,(2)

14、三階期望特性:校正后系統(tǒng)為典型三階系統(tǒng),又稱(chēng)型三階系統(tǒng):,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法,(3)四階期望特性:校正后系統(tǒng)為四階系統(tǒng),又稱(chēng)型四階系統(tǒng):,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法,四階期望特性由-20, -40, -20, -40, -60斜率的各段特性組成,故工程上稱(chēng)為1-2-1-2-3型系統(tǒng). 低頻段:斜率-20,高度由開(kāi)環(huán)傳遞系數(shù)決定; 中頻段:斜率-20,使系統(tǒng)具有較好相對(duì)穩(wěn)定性; 低,中頻連接段, 中,高頻連接段:這些頻段對(duì)系統(tǒng)性能不會(huì)產(chǎn)生重大影響,故校正時(shí),應(yīng)盡量考慮未校正系統(tǒng)特性,以使校正裝置簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn).即繪制期望特性時(shí),應(yīng)使這些頻段盡可能等于或平行原系統(tǒng)相應(yīng)頻段,連轉(zhuǎn)折頻率也應(yīng)盡可能取未校正系統(tǒng)相應(yīng)值.,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法 例6-10,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法 例6-10,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法 例6-10,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法 例6-10.exp610289.mdlH:exp607278.m,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法 例6-10exp607278.m,6-3-5串聯(lián)校正裝置的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法 例6