1、第六章 控制系统的校正方法,分析:,设计:,控制系统 结构和参数,控制系统 性能指标,时域分析法 根轨迹法 频域分析法,选择校正装置 计算装置参数,控制系统 性能指标,控制系统 结构和参数,6-1 系统的设计与校正问题 6-2 常用校正装置及其特性 6-3 串联校正（超前、滞后、超前滞后） 6-4 反馈校正（测速超前网络反馈校正）,6-1 系统的设计与校正问题,校正装置：就是在系统中加入一些参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。,测量元件,被控 对象,局部反馈,串联 校正,主反馈,输入量,输出量,反馈 校正,干 扰 量,放 大 元 件,执 行
2、元 件,设计目的：是将构成控制器的各元件（装置）与被控对象组合起来，使之满足给定的各项性能指标要求，如不满足，需要增加校正装置校正问题,1、性能指标,位置误差系数 速度误差系数 加速度误差系数,（1）稳态误差指标：,（2）时域指标：,（3）频域指标：,闭环频域指标：,开环频域指标：,（1）二阶系统频域指标 与时域指标的关系,谐振峰值 谐振频率,带宽频率,截止频率,相角裕度,经验值： Mr =1.11.4 =0.40.7 %= 5%30% = 300 600,（2）高阶系统频域指标与时域指标的关系,谐振峰值,超调量,调节时间,2. 系统带宽的确定,1.闭环幅频特性 M(w)上，对应幅值等于0.7
3、07M(0) 的 频率wb 称为系统的带宽频率。0wwb为系统带宽。,2.按规定的允许误差给定值，在 wwm频率范围内有,M(w)-M(0) ,称wm为按给定精度复现输入信号的频宽。,3. 校正（补偿、调节）方式,校正装置：就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。,工程实践中常用的校正方法： 串联校正、反馈校正和复合校正。,测量元件,被控 对象,局部反馈,串联 校正,主反馈,输入量,输出量,控制器,反馈 校正,干 扰 量,(1)按扰动进行补偿,扰动补偿的复合控制系统,取,当,系统补偿后可以完全消除扰动对系统输出的影响,扰动作
4、用误差为零,扰动误差的 完全补偿条件,(2)按输入进行补偿,输入补偿的复合控制系统,当,时,系统补偿后的误差为零,即,这种对误差完全补偿的作用称为全补偿。,输入误差的 完全补偿条件,4. 系统校正（补偿）装置的设计方法,串联补偿和反馈补偿,分析法,综合法,系统的 固有特性,设计一种 补偿装置,分析和经验,验证 性能指标,选择参数,系统的 固有特性,期望开环系统特性,系统的性能指标,确定补偿装置的结构和参数,原系统频率特性+校正装置频率特性=希望频率特性,希望频率特性原系统频率特性=校正装置频率特性,5. 控制系统常规控制器控制基本规律,KP：比例增益 Ti：积分增益 ：微分增益,s,工程上 常
5、规控制器 PID控制器,常规控制（调节）器的几种基本形式：,PID控制器 各部分作用 性能指标：,（1） PD（比例微分）控制器,PD有源校正网络见P225,PD控制器,相位超前,超前网络,PD 控制器 影响系统：,1）降低系统的超调量；2）降低系统的上升时间、调节时间 3）增加系统频宽； 4）增加系统相位裕度、幅值裕度 5）降低系统高频干扰；6）改善系统稳态精度不大,（2） PI（比例积分）控制器,PI有源校正网络 见P225,PI控制器,相位滞后,滞后网络,PI 控制器 影响系统：,1）降低系统的超调量；2）增加系统的上升时间、调节时间 3）减少系统频宽； 4）增加系统相位裕度、幅值裕度
6、5）增强系统高频干扰；6）提高系统稳态精度,（3） PID（比例-积分-微分）控制器,PID有源校正网络 见P225,滞后超前网络,PID 控制器(调节器)影响系统：,（1）降低系统的超调量 （2）降低系统的上升时间、调节时间 （3）增加系统频宽 （4）增加系统相位裕度、幅值裕度 （5）增加系统高频干扰 （6）改善系统稳态精度,动态性能和稳态性能都能得到改善,例.11 设一单位反馈系统的开环传递函数为,设计PD控制器使闭环系统的性能指标满足：,（1）在单位加速度输入下稳态误差：,（2）最大超调量：,单独采用PI或PD控制器无法满足系统的设计要求,采用PID控制器校正（补偿）系统,验证稳态精度要求：,（3）利用时域法设计,
