ch06線性系統(tǒng)的校正方法ppt課件

1、衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系溫故知新溫故知新o 相角裕度：相角裕度：o 截止頻率如何求?。拷刂诡l率如何求?。縪 相角裕度表達(dá)式？相角裕度表達(dá)式？o 幅值裕度：幅值裕度：o 穿越頻率如何求??？穿越頻率如何求取？o 幅值裕度表達(dá)式？幅值裕度表達(dá)式？o 如何用穩(wěn)定裕度表征閉環(huán)系統(tǒng)能否穩(wěn)定？如何用穩(wěn)定裕度表征閉環(huán)系統(tǒng)能否穩(wěn)定？衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)

2、校正方法線性系統(tǒng)校正方法第一講第一講n本講要點(diǎn)引見本講要點(diǎn)引見n作業(yè)和練習(xí)作業(yè)和練習(xí)1 1、了解系統(tǒng)的性能目的、了解系統(tǒng)的性能目的2 2、掌握系統(tǒng)校正的幾種方式和根本控制規(guī)律、掌握系統(tǒng)校正的幾種方式和根本控制規(guī)律復(fù)習(xí)課堂內(nèi)容復(fù)習(xí)課堂內(nèi)容衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法Part 6.0 Part 6.0 引言引言設(shè)控制系統(tǒng)如右圖：設(shè)控制系統(tǒng)如右圖：?jiǎn)枺合到y(tǒng)能否滿足在問(wèn)：系統(tǒng)能否滿足在 r(t)=t r(t)=t 作用下的作用下的ess0.01ess0.01，相，相角角裕度裕度 30o 30o，假

3、設(shè)不滿足應(yīng)該如何處理。，假設(shè)不滿足應(yīng)該如何處理。)101s. 0)(11s. 0( s50 ) s (R) s (C分析：分析： 1穩(wěn)態(tài)誤差：穩(wěn)態(tài)誤差：50Kv 2相角裕度：相角裕度：oo306 .13 如何處理：如何處理： 在原系統(tǒng)中參與一些機(jī)構(gòu)或安裝在原系統(tǒng)中參與一些機(jī)構(gòu)或安裝0.0102. 0K1evss 21c 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法如：參與如下校正安裝超前校正如：參與如下校正安裝超前校正)101s. 0)(11s. 0( s50 ) s (R) s (C10063s. 01

4、063s. 020 分析能否滿足穩(wěn)態(tài)誤差和相角裕度的要求：分析能否滿足穩(wěn)態(tài)誤差和相角裕度的要求：1穩(wěn)態(tài)誤差：穩(wěn)態(tài)誤差：100Kv 2相角裕度：相角裕度：oo3037.1 0.0101. 0K1evss 8 .53c 校正前后：有哪些不同？校正前后：有哪些不同？衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制

5、原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法概念：控制系統(tǒng)的校正或綜合：概念：控制系統(tǒng)的校正或綜合： 在已選定系統(tǒng)不可變部分的根底上，參與一些安在已選定系統(tǒng)不可變部分的根底上，參與一些安裝校正安裝，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而滿裝校正安裝，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而滿足要求的各項(xiàng)性能目的。足要求的各項(xiàng)性能目的。問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 1校正安裝參與的位置即：銜接方式？校正安裝參與的位置即：銜接方式？ 2與系統(tǒng)性能目的能否有關(guān)？與系統(tǒng)性能目的能否有關(guān)？ 3有哪些根本控制規(guī)律？有哪些根本控制規(guī)律？Part 6.1Part 6.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電

6、子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法Part 6.1.1 Part 6.1.1 常見校正方式常見校正方式1 1、串聯(lián)校正：、串聯(lián)校正：)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sGc)(sGo 普通接在系統(tǒng)誤差丈量點(diǎn)之后和放大器前，串接普通接在系統(tǒng)誤差丈量點(diǎn)之后和放大器前，串接于系統(tǒng)前向通道之中。于系統(tǒng)前向通道之中。 特點(diǎn)：無(wú)法減弱系統(tǒng)固有部分參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性特點(diǎn)：無(wú)法減弱系統(tǒng)固有部分參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的不良影響，同時(shí)應(yīng)思索負(fù)載效應(yīng)。能的不良影響，同時(shí)應(yīng)思索負(fù)載效應(yīng)。衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理

7、與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法2 2、反響校正：、反響校正：普通接在部分反響通路中，參與速度或加速度反響普通接在部分反響通路中，參與速度或加速度反響)(sR)(sC)(sH)(sE)(sGo)(sGc)(sR)(sC)(sH)(sE)(sGo)(sGc 特點(diǎn)：改善性能外，還能消弱系統(tǒng)非線性特性的特點(diǎn)：改善性能外，還能消弱系統(tǒng)非線性特性的影響，減弱或消除固有部分參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影影響，減弱或消除固有部分參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，抑制噪聲的干擾；留意對(duì)穩(wěn)定性的影響。響，抑制噪聲的干擾；留意對(duì)穩(wěn)定性的影響。 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系

8、衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法3 3、前饋校正：、前饋校正：又叫順饋校正，可以單獨(dú)作用于開環(huán)控制系統(tǒng)；又叫順饋校正，可以單獨(dú)作用于開環(huán)控制系統(tǒng)；也可作為反響控制系統(tǒng)的附加校正組成復(fù)合控制系統(tǒng)。也可作為反響控制系統(tǒng)的附加校正組成復(fù)合控制系統(tǒng)。)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sG)(sGc)(sC)(sG)(sN)(sG)(sGc前饋校正對(duì)給定整形或?yàn)V波前饋校正對(duì)給定整形或?yàn)V波 前饋校正對(duì)擾動(dòng)補(bǔ)償前饋校正對(duì)擾動(dòng)補(bǔ)償 要求擾動(dòng)能丈量要求擾動(dòng)能丈量 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控

9、制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法4 4、復(fù)合校正：、復(fù)合校正：在反響回路中參與前饋校正通路，組成有機(jī)整體。在反響回路中參與前饋校正通路，組成有機(jī)整體。+ +- - -+ +R(s)E(s)N(s)C(s)圖3-26 按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng))(2sG)(1sG)(sGn復(fù)合控制按輸入補(bǔ)償復(fù)合控制按輸入補(bǔ)償 復(fù)合控制按擾動(dòng)補(bǔ)償復(fù)合控制按擾動(dòng)補(bǔ)償 + +- -R(s)E(s)C(s)(sG)(sGr+ +- -R(s)E(s)C(s)(sG)(sGr衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法

10、線性系統(tǒng)校正方法 在控制系統(tǒng)的校正中，采用的校正方法常根據(jù)性能在控制系統(tǒng)的校正中，采用的校正方法常根據(jù)性能目的的方式而定，目的的方式而定，1 1根軌跡法校正：根軌跡法校正：2 2頻率法校正：頻率法校正： ssspett,%, avpbrcKKKMh, Part 6.1.2 Part 6.1.2 性能目的性能目的 性能目的通常是由運(yùn)用單位或被控對(duì)象的設(shè)計(jì)單性能目的通常是由運(yùn)用單位或被控對(duì)象的設(shè)計(jì)單位提出，不同的控制系統(tǒng)對(duì)性能目的的要求有不同的位提出，不同的控制系統(tǒng)對(duì)性能目的的要求有不同的偏重，如：調(diào)速系統(tǒng)對(duì)平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)精度要求較高；偏重，如：調(diào)速系統(tǒng)對(duì)平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)精度要求較高；而隨動(dòng)系統(tǒng)那么偏重

11、于快速性的要求。而隨動(dòng)系統(tǒng)那么偏重于快速性的要求。衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法二階系統(tǒng)頻域目的與時(shí)域目的的關(guān)系：二階系統(tǒng)頻域目的與時(shí)域目的的關(guān)系：P208諧振峰值諧振峰值)707.00(1212 rM)707. 00(212 nr諧振頻率諧振頻率帶寬頻率帶寬頻率1)21()21(222 nb截止頻率截止頻率24241 nc相角裕度相角裕度242412 arctg超調(diào)量超調(diào)量%100%21/ e調(diào)理時(shí)間調(diào)理時(shí)間nst /5 . 3 tgtsc/7 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院

12、物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法高階系統(tǒng)頻域目的與時(shí)域目的的關(guān)系高階系統(tǒng)頻域目的與時(shí)域目的的關(guān)系 P208諧振峰值諧振峰值超調(diào)量超調(diào)量調(diào)理時(shí)間調(diào)理時(shí)間)(,sin/1oor9035M )1(4 . 016. 0 rM c0sKt )8 . 11 () 1( 5 . 2) 1( 5 . 122 rrr0MMMK衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法三個(gè)頻段的概念：三個(gè)頻段的概念：1 1低頻段：表征閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，低頻段：表征閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性

13、能，增益充分大，以保證穩(wěn)態(tài)誤差的要求；增益充分大，以保證穩(wěn)態(tài)誤差的要求；2 2中頻段：表征閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，普通斜率為中頻段：表征閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，普通斜率為-20dB/dec-20dB/dec，并占據(jù)充分寬的頻帶，以保證適當(dāng)?shù)南嘟窃６?；，并占?jù)充分寬的頻帶，以保證適當(dāng)?shù)南嘟窃６龋? 3高頻段：表征閉環(huán)高頻段：表征閉環(huán)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和抑制系統(tǒng)的復(fù)雜程度和抑制噪聲的才干，增益盡快噪聲的才干，增益盡快減小以減弱噪聲的影響，減小以減弱噪聲的影響，假設(shè)原有系統(tǒng)的高頻段假設(shè)原有系統(tǒng)的高頻段已滿足要求，那么校正已滿足要求，那么校正時(shí)可堅(jiān)持原高頻段的外時(shí)可堅(jiān)持原高頻段的外形不變。形不變。Part 6.1

14、.3 Part 6.1.3 系統(tǒng)帶寬的選擇系統(tǒng)帶寬的選擇衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法 普通要求系統(tǒng)的相角裕度在普通要求系統(tǒng)的相角裕度在 45o 45o左右左右 中頻區(qū)的斜率為中頻區(qū)的斜率為-20dB/dec-20dB/dec，同時(shí)占有一定，同時(shí)占有一定的頻率范圍。的頻率范圍。假設(shè)輸入信號(hào)的帶寬：假設(shè)輸入信號(hào)的帶寬：0M0M噪聲信號(hào)主要集中在：噪聲信號(hào)主要集中在：1 n1 n那么：控制系統(tǒng)的帶寬頻率取值：那么：控制系統(tǒng)的帶寬頻率取值： b=(510) M b=(510) M且：使噪聲處于且：

15、使噪聲處于(0 b)(0 b)以外，以外，即：如下圖：即：如下圖：M 0)j (R b )M(j M(j0)M(j0)707. 0n 1 )j (N 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法Part 6.1.4 Part 6.1.4 根本控制規(guī)律根本控制規(guī)律 包括校正安裝在內(nèi)的控制器常采用的根本控制規(guī)律包括校正安裝在內(nèi)的控制器常采用的根本控制規(guī)律有：比例、積分、比例積分、比例微分、比例積分微分有：比例、積分、比例積分、比例微分、比例積分微分等。分別簡(jiǎn)寫為：等。分別簡(jiǎn)寫為：P、I、PI、PD、PID 確

16、定校正安裝詳細(xì)方式時(shí)，應(yīng)先了解需求校正安確定校正安裝詳細(xì)方式時(shí)，應(yīng)先了解需求校正安裝提供的控制規(guī)律，以便選擇相應(yīng)的元件。裝提供的控制規(guī)律，以便選擇相應(yīng)的元件。問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 引入控制規(guī)律后對(duì)系統(tǒng)性能有何影響？引入控制規(guī)律后對(duì)系統(tǒng)性能有何影響？衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法1 1、比例、比例P P控制控制pcKsG )(1 1傳送函數(shù)：傳送函數(shù)：2 2特點(diǎn)：僅含特點(diǎn)：僅含1 1個(gè)比例系數(shù)個(gè)比例系數(shù)KpKp3 3影響：增大影響：增大KpKp可提高系統(tǒng)開環(huán)增益可提高系統(tǒng)開環(huán)增益K K，減小系統(tǒng)，減小

17、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，加快呼應(yīng)速度，但會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)誤差，加快呼應(yīng)速度，但會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至能夠呵斥高階系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定。校正中普通性，甚至能夠呵斥高階系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定。校正中普通不單獨(dú)運(yùn)用。不單獨(dú)運(yùn)用。 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法比例控制造用下的單位階躍呼應(yīng)：比例控制造用下的單位階躍呼應(yīng)：衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法2 2、積分、積分I I控制控制s/K) s (GIc 1

18、 1傳送函數(shù)：傳送函數(shù)：3 3影響：如原系統(tǒng)為影響：如原系統(tǒng)為0 0型系統(tǒng)，參與積分后變?yōu)樾拖到y(tǒng)，參與積分后變?yōu)樾拖到y(tǒng)，那么從有靜差系統(tǒng)變?yōu)闊o(wú)靜差系統(tǒng)。但是加型系統(tǒng)，那么從有靜差系統(tǒng)變?yōu)闊o(wú)靜差系統(tǒng)。但是加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，能夠會(huì)使高階系統(tǒng)不穩(wěn)了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，能夠會(huì)使高階系統(tǒng)不穩(wěn)定，或者呼應(yīng)變慢。定，或者呼應(yīng)變慢。 校正中很少單獨(dú)運(yùn)用。校正中很少單獨(dú)運(yùn)用。2 2特點(diǎn)：輸入信號(hào)變?yōu)樘攸c(diǎn)：輸入信號(hào)變?yōu)? 0時(shí)，控制造用仍可以不為時(shí)，控制造用仍可以不為0 0衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校

19、正方法積分控制造用下的單位階躍呼應(yīng)：積分控制造用下的單位階躍呼應(yīng)：衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法3 3、比例、比例- -積分積分PIPI控制控制1 1傳送函數(shù)：傳送函數(shù)：2 2影響：影響：PIPI控制添加一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，提高型控制添加一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，提高型別，減小穩(wěn)態(tài)誤差，于穩(wěn)定性不利；添加一個(gè)位于別，減小穩(wěn)態(tài)誤差，于穩(wěn)定性不利；添加一個(gè)位于s s左半平面的開環(huán)零點(diǎn)，減小系統(tǒng)的阻尼程度，緩和左半平面的開環(huán)零點(diǎn)，減小系統(tǒng)的阻尼程度，緩和PIPI極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響，極

20、點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響，PIPI控制器主要用控制器主要用來(lái)改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。來(lái)改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。sKKsGIpc )(衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法練習(xí)：引入練習(xí)：引入PIPI、I I控制器后，系統(tǒng)的控制器后，系統(tǒng)的單位斜坡呼應(yīng)曲線，單位斜坡呼應(yīng)曲線，分別是哪條？簡(jiǎn)要分別是哪條？簡(jiǎn)要闡明理由？闡明理由？單位斜坡單位斜坡原始曲線原始曲線PIPI控制控制I I控制控制PIPI：I I：使使1 1型系統(tǒng)在型系統(tǒng)在斜坡作用下無(wú)斜坡作用下無(wú)誤差，改善穩(wěn)誤差，改善穩(wěn)態(tài)性能。態(tài)性能。使系

21、統(tǒng)不穩(wěn)定使系統(tǒng)不穩(wěn)定衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法4 4、比例、比例- -微分微分PDPD控制控制1 1傳送函數(shù)：傳送函數(shù)： 2 2影響：影響： PD PD控制器相當(dāng)于開環(huán)傳送函數(shù)中添加了一個(gè)零控制器相當(dāng)于開環(huán)傳送函數(shù)中添加了一個(gè)零點(diǎn)：點(diǎn)：s=-Kp / KDs=-Kp / KD，使根軌跡左移，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定，使根軌跡左移，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性；系統(tǒng)的相角裕度提高，從而有助于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能性；系統(tǒng)的相角裕度提高，從而有助于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的改善；微分對(duì)噪聲敏感，很少單獨(dú)運(yùn)用。的改善；微分對(duì)噪聲敏感，很

22、少單獨(dú)運(yùn)用。sKKsGDpc )(衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法例：分析例：分析PDPD控制器，對(duì)系統(tǒng)性能的影響控制器，對(duì)系統(tǒng)性能的影響8K1K:PDDp 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法PD控制造用下的單位階躍呼應(yīng)控制造用下的單位階躍呼應(yīng)改動(dòng)了動(dòng)態(tài)性能，提高了相角裕度，改善穩(wěn)定性改動(dòng)了動(dòng)態(tài)性能，提高了相角裕度，改善穩(wěn)定性衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控

23、制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法5 5、比例、比例- -積分積分- -微分微分PIDPID控制控制1 1傳送函數(shù)：傳送函數(shù)：2 2影響：影響： 添加一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，提高型別，改善添加一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，提高型別，改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能；添加兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，動(dòng)態(tài)性能比系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能；添加兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，動(dòng)態(tài)性能比PIPI更更具優(yōu)越性。具優(yōu)越性。sKsKKsGDIpc )(衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法PIPI：過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)偏向較大，但無(wú)余差；：過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)偏向較

24、大，但無(wú)余差；PDPD：過(guò)渡過(guò)程由于有微分的超前作用，所以動(dòng)態(tài)偏向：過(guò)渡過(guò)程由于有微分的超前作用，所以動(dòng)態(tài)偏向較小，但有余差；較小，但有余差；PIDPID：過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)偏向較小，又無(wú)靜態(tài)偏向，所以調(diào)：過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)偏向較小，又無(wú)靜態(tài)偏向，所以調(diào)理效果較好；理效果較好；P P：過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)偏向較：過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)偏向較PIPI小，但存在余差；小，但存在余差；I I：消除靜態(tài)偏向，但于穩(wěn)定性不利；用在低頻段；：消除靜態(tài)偏向，但于穩(wěn)定性不利；用在低頻段；DD：改善動(dòng)態(tài)性能，但對(duì)噪聲敏感，用在中頻段；：改善動(dòng)態(tài)性能，但對(duì)噪聲敏感，用在中頻段；結(jié)論結(jié)論衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息

25、科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法練習(xí)：引入練習(xí)：引入P P、PIPI、PDPD、PIDPID控制器后，控制器后，系統(tǒng)的單位階系統(tǒng)的單位階躍呼應(yīng)曲線，分別躍呼應(yīng)曲線，分別是哪條？簡(jiǎn)要闡明是哪條？簡(jiǎn)要闡明理由？理由？原始曲線原始曲線P P控制控制PIPI控制控制PDPD控制控制PIDPID控制控制P P：PIPI：PDPD：PIDPID：有差有差無(wú)差，慢無(wú)差，慢有差，快有差，快無(wú)差，最好無(wú)差，最好衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法第二講第二講n本講要點(diǎn)引見

26、本講要點(diǎn)引見n作業(yè)和練習(xí)作業(yè)和練習(xí)1 1、掌握無(wú)源超前校正安裝及其特性、掌握無(wú)源超前校正安裝及其特性2 2、掌握超前校正設(shè)計(jì)、掌握超前校正設(shè)計(jì)P235P235：6-36-3衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法Part 6.2 Part 6.2 常用校正安裝及其特性常用校正安裝及其特性一、無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)一、無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò) P213 P213阻容四端網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成阻容四端網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成1 1、無(wú)源超前傳送函數(shù)：、無(wú)源超前傳送函數(shù)：Part 6.2.1Part 6.2.1無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)rucu1R2R

27、C忽略輸入內(nèi)阻抗，并假設(shè)輸出負(fù)載阻抗無(wú)窮大，那么：忽略輸入內(nèi)阻抗，并假設(shè)輸出負(fù)載阻抗無(wú)窮大，那么：CsRCsRRRsGsUsUcrc11)()()(1122 CsRRRRCsRR211212)1( sRRCRRCsRRRR2121121211 2121RRCRRT 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)1RRRa 221分度系數(shù)分度系數(shù)衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法那么：無(wú)源超前的傳送函數(shù)：那么：無(wú)源超前的傳送函數(shù)：TsaTsa1sGc 11)(TsaTssaGc 11)(留意：校正安裝的開環(huán)增益留意：校正安裝的

28、開環(huán)增益1/1/11，故超前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)實(shí)零點(diǎn)，故超前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)實(shí)零點(diǎn)總是位于負(fù)實(shí)極點(diǎn)之右，兩者之總是位于負(fù)實(shí)極點(diǎn)之右，兩者之間的間隔間的間隔 由常數(shù)由常數(shù) 決議。決議。22)(1lg20)(1lg20)(lg20)( TaTsGLcc TtgaTtgc11)( 3 3、超前網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性、超前網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性BodeBode圖：圖：TsaTssaGc 11)(衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法decdB /20)( cL alg20?)(Lm aT1m )(c T1?: m 最最大大超超前前角

29、角 超前網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)頻率在超前網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)頻率在1/T1/T和和1/T1/T之間的輸入信號(hào)之間的輸入信號(hào)有明顯的微分作用，在該頻率范圍內(nèi)輸出信號(hào)相角比有明顯的微分作用，在該頻率范圍內(nèi)輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角超前，超前網(wǎng)絡(luò)的稱號(hào)由此而得。輸入信號(hào)相角超前，超前網(wǎng)絡(luò)的稱號(hào)由此而得。 ?: m 最最大大超超前前角角頻頻率率o0dB0衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法求取最大超前角頻率求取最大超前角頻率m：由相頻對(duì)：由相頻對(duì)求導(dǎo)等于零得：求導(dǎo)等于零得： 22111T1T)1(tgTtgTtg)( aaac 0

30、)( ddcaT1m 最大超前角頻率：最大超前角頻率：把最大超前角頻率把最大超前角頻率m帶入相頻得最大超前角：帶入相頻得最大超前角：11sin2111 aaaatgm mma sin1sin1 最大超前角頻率最大超前角頻率m恰是兩個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)頻率的幾何中心：恰是兩個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)頻率的幾何中心： 21m11T1 TaTa10lgalgm 即：即：衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法4 4、無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：、無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：零點(diǎn)在極點(diǎn)的右邊；穩(wěn)態(tài)增益小于零點(diǎn)在極點(diǎn)的右邊；穩(wěn)態(tài)增益小于1 1，即：對(duì)輸入，即：

31、對(duì)輸入信號(hào)有衰減作用；信號(hào)有衰減作用；對(duì)數(shù)幅頻曲線上有一段斜率：對(duì)數(shù)幅頻曲線上有一段斜率：20dB/dec20dB/dec，即：具，即：具有微分的作用，有微分的作用， 越大微分作用越強(qiáng)，抗干擾才干越越大微分作用越強(qiáng)，抗干擾才干越弱，故弱，故: 1 20: 1 20；這種超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大超前角；這種超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大超前角普通不大于普通不大于65o 65o 。假設(shè)需求大于。假設(shè)需求大于65o65o的相位超前角，的相位超前角，那么要用兩個(gè)超前網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并在所串聯(lián)的那么要用兩個(gè)超前網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并在所串聯(lián)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負(fù)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除

32、它們之間的負(fù)載效應(yīng)。載效應(yīng)。衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法5 5、無(wú)源超前校正的設(shè)計(jì)：、無(wú)源超前校正的設(shè)計(jì)： 超前校正是利用校正安裝的相位超前特性來(lái)添加超前校正是利用校正安裝的相位超前特性來(lái)添加系統(tǒng)的相角裕度，利用校正安裝的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線系統(tǒng)的相角裕度，利用校正安裝的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線的正斜率段來(lái)添加系統(tǒng)的截止頻率，從而改善系統(tǒng)的的正斜率段來(lái)添加系統(tǒng)的截止頻率，從而改善系統(tǒng)的平穩(wěn)性和快速性，為此要求校正安裝的最大超前角平穩(wěn)性和快速性，為此要求校正安裝的最大超前角mm出如今系統(tǒng)新的截止頻率出如

33、今系統(tǒng)新的截止頻率 c c 處。處。無(wú)源超前校正的設(shè)計(jì)的普通步驟如下：無(wú)源超前校正的設(shè)計(jì)的普通步驟如下：P220P220衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法1 1根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的的要求，確定開環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的的要求，確定開環(huán)增益K K ；2 2利用已確定的開環(huán)增益利用已確定的開環(huán)增益K K，繪制原系統(tǒng)的，繪制原系統(tǒng)的BodeBode圖圖L0()L0()和和0() 0() ，并確定其相角裕度，并確定其相角裕度 0 0；3 3根據(jù)性能目的要求的相角裕度根據(jù)性能目的要求的相角裕度 和原系統(tǒng)的相角和原系統(tǒng)的

34、相角裕度裕度 0 0，確定最大超前角，確定最大超前角mm，即：，即：m = m = - - 0 0 + + 其中：其中：用于補(bǔ)償因超前校正安裝的引入，使系統(tǒng)的用于補(bǔ)償因超前校正安裝的引入，使系統(tǒng)的截止頻率增大而帶來(lái)的相角滯后量，普通如下取值：截止頻率增大而帶來(lái)的相角滯后量，普通如下取值：c0c0處斜率為：處斜率為：-40dB/dec-40dB/dec，那么：，那么： 5o 5o 12o 12o c0c0處斜率為：處斜率為：-60dB/dec-60dB/dec，那么：，那么：15o 15o 20o20o衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章

35、第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法4 4根據(jù)所確定的根據(jù)所確定的mm，計(jì)算出，計(jì)算出 值；值；5 5在原系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻曲線在原系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻曲線L0()L0()上找到對(duì)數(shù)幅頻值上找到對(duì)數(shù)幅頻值-10lg-10lg的點(diǎn)，選定對(duì)應(yīng)的頻率為超前校正安裝的的點(diǎn)，選定對(duì)應(yīng)的頻率為超前校正安裝的mm，也就是校正后系統(tǒng)的截止頻率也就是校正后系統(tǒng)的截止頻率cc；6 6根據(jù)選定的根據(jù)選定的mm確定校正安裝的傳送函數(shù)，并畫出確定校正安裝的傳送函數(shù)，并畫出校正安裝的校正安裝的BodeBode圖；圖；7 7畫出校正后系統(tǒng)的畫出校正后系統(tǒng)的BodeBode圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)的相角裕圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)的相角裕度度 能否滿足

36、要求，假設(shè)不滿足，那么增大能否滿足要求，假設(shè)不滿足，那么增大值，從步值，從步驟驟3 3開場(chǎng)重新計(jì)算，直到滿足為止。開場(chǎng)重新計(jì)算，直到滿足為止。mma sin1sin1 aT1m 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例1 1：假設(shè)單位負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：假設(shè)單位負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：假設(shè)要求：假設(shè)要求：Kv20Kv20；50o50o，h h10dB10dB，試設(shè)，試設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正安裝。計(jì)串聯(lián)超前校正安裝。)15s. 0( sK) s (G0 解：解：1 1根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的要求確定開

37、環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的要求確定開環(huán)增益K K：K15s0sKslimssGlimK0s00sv ).()(20:20 KKKv取取那么：原系統(tǒng)的傳送函數(shù)為：那么：原系統(tǒng)的傳送函數(shù)為：)15s. 0( s20) s (G0 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法2 2繪制原系統(tǒng)的繪制原系統(tǒng)的L0()L0()和和0() 0() ，并確定其相角裕度，并確定其相角裕度 0 0其中：其中：20lgK=20lg20=26dB20lgK=20lg20=26dB由圖得：原系統(tǒng)的截止頻率和相角裕度：由圖得：原系統(tǒng)的截止頻

38、率和相角裕度：2 . 6c0 oc00o018)(180 不滿足要求不滿足要求decdB/20 decdB/04 )15s.0( s20)s (G0 0L衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法3 3確定最大超前角確定最大超前角mm：m = m = - - 0 + 0 + = 50o - 18o + 8o= 40o = 50o - 18o + 8o= 40o4 4根據(jù)所確定的根據(jù)所確定的mm，計(jì)算出，計(jì)算出 值：值：4.6sin1sin1mm aa 5 5校正安裝在校正安裝在m m 處的對(duì)數(shù)幅頻值：處

39、的對(duì)數(shù)幅頻值：L(m) =10lg = 10lg 4.6 =6.62 dB L(m) =10lg = 10lg 4.6 =6.62 dB ，那么在原系，那么在原系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻曲線上找到統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻曲線上找到 -6.2dB -6.2dB處，選定對(duì)應(yīng)的頻率處，選定對(duì)應(yīng)的頻率 =9.15 =9.15，即：，即： m= c= 9.15 rad/s m= c= 9.15 rad/s衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法6 6計(jì)算超前校正安裝的轉(zhuǎn)機(jī)頻率，并繪制其計(jì)算超前校正安裝的轉(zhuǎn)機(jī)頻率，并繪制其BodeBode圖

40、：圖：05. 0T9.154.2T1T1cm 3 . 423. 0105. 06 . 41T11 a 200.051T12 所以：校正安裝傳送函數(shù)為：所以：校正安裝傳送函數(shù)為：sssGc05. 0123. 01)( 繪制校正安裝的對(duì)數(shù)幅頻曲線：繪制校正安裝的對(duì)數(shù)幅頻曲線：衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法7 7校正后的開環(huán)傳送函數(shù)和校正后的開環(huán)傳送函數(shù)和BodeBode圖為：圖為：)105.0)(15.0()132.0(20)()()(0 sssssGsGsGccL0LdecdB/20 decd

41、B/04 decdB/04 decdB/20 3.420decdB/04 Loo co5052.4)(180 校驗(yàn)：校驗(yàn)：滿足要求。滿足要求。衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法n=4.6 20;d=conv(conv(1 0,0.5 1),0.05 1);g=(tf(n,d);margin(g)1)05s.1)(0s(0.5s1)23s.20(0) s (G 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法基于

42、上述分析，可知串聯(lián)超前校正有如下特點(diǎn)：基于上述分析，可知串聯(lián)超前校正有如下特點(diǎn)： 主要針對(duì)系統(tǒng)頻率特性的中頻段進(jìn)展校正，使校正主要針對(duì)系統(tǒng)頻率特性的中頻段進(jìn)展校正，使校正后幅頻特性曲線的中頻段斜率為后幅頻特性曲線的中頻段斜率為- 20dB/dec- 20dB/dec，并有足，并有足夠的相角裕度；夠的相角裕度； 會(huì)使系統(tǒng)的截止頻率添加，闡明校正后系統(tǒng)的頻帶會(huì)使系統(tǒng)的截止頻率添加，闡明校正后系統(tǒng)的頻帶變寬，瞬態(tài)呼應(yīng)速度變快，但抗高頻干擾才干變差；變寬，瞬態(tài)呼應(yīng)速度變快，但抗高頻干擾才干變差； 很難使原系統(tǒng)的低頻特性得到改善，假想象用提高很難使原系統(tǒng)的低頻特性得到改善，假想象用提高增益的方法使低頻段

43、上移，那么整個(gè)幅頻特性曲線上增益的方法使低頻段上移，那么整個(gè)幅頻特性曲線上移，使系統(tǒng)的平穩(wěn)性變差，抗高頻干擾才干變差；移，使系統(tǒng)的平穩(wěn)性變差，抗高頻干擾才干變差；衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法串聯(lián)超前校正有如下特點(diǎn)續(xù)：串聯(lián)超前校正有如下特點(diǎn)續(xù)： 當(dāng)原系統(tǒng)的相頻特性曲線在截止頻率附近急劇下降當(dāng)原系統(tǒng)的相頻特性曲線在截止頻率附近急劇下降時(shí)，由截止頻率的添加而帶來(lái)的系統(tǒng)相角滯后量，將時(shí)，由截止頻率的添加而帶來(lái)的系統(tǒng)相角滯后量，將超越由校正安裝的相位超前特性引起的系統(tǒng)相角超前超越由校正安裝的相位超前

44、特性引起的系統(tǒng)相角超前量，假設(shè)用單級(jí)的超前校正網(wǎng)絡(luò)來(lái)校正，收效不大；量，假設(shè)用單級(jí)的超前校正網(wǎng)絡(luò)來(lái)校正，收效不大； 超前校正主要用于系統(tǒng)的穩(wěn)定性能已符合要求，而超前校正主要用于系統(tǒng)的穩(wěn)定性能已符合要求，而動(dòng)態(tài)性能有待改善的場(chǎng)所。動(dòng)態(tài)性能有待改善的場(chǎng)所。衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正安裝，滿足以下性能目的：試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正安裝，滿足以下性能目的：最大超調(diào)量最大超調(diào)量 30% 30%，調(diào)理時(shí)間，調(diào)理時(shí)間ts2s ts2s %2 T1sT1s) s (Gc 設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例1 1：假設(shè)

45、單位負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：假設(shè)單位負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：假設(shè)要求：假設(shè)要求：Kv=20Kv=20；，試設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正安裝。；，試設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正安裝。)2s ( s2K)15s. 0( sK) s (G0 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法1 1根據(jù)性能目的，確定閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)：根據(jù)性能目的，確定閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)：sdsds/6rad,5.06.54,.02/5.4%,30 nnst 取?。? . 5312jjsnnd 解：超前校正的步驟：解：超前校正的步驟：2 2繪制未校正系統(tǒng)的根軌跡圖：繪制

46、未校正系統(tǒng)的根軌跡圖：假設(shè)不能，那么應(yīng)該采用何假設(shè)不能，那么應(yīng)該采用何種校正安裝種校正安裝超前校正。超前校正。僅調(diào)整增益，能否使根軌跡僅調(diào)整增益，能否使根軌跡經(jīng)過(guò)希望主導(dǎo)極點(diǎn)經(jīng)過(guò)希望主導(dǎo)極點(diǎn)sd?sd? j013-5.2ds01200100衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法 40)1000120(180180)12()2(40(cckssdss根據(jù)幅角條件：根據(jù)幅角條件：校正根軌跡經(jīng)過(guò)希望主導(dǎo)極點(diǎn)校正根軌跡經(jīng)過(guò)希望主導(dǎo)極點(diǎn)sdsd3 3計(jì)算超前校正安裝應(yīng)提供的超前角計(jì)算超前校正安裝應(yīng)提供的超前角

47、cc：T1sT1s) s (Gc ) s (s)GGG(s)c0 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法求求zczc和和pcpc可采用圖解法：可采用圖解法：4 4求出超前校正安裝的零點(diǎn)、極點(diǎn)位置，從而得出校求出超前校正安裝的零點(diǎn)、極點(diǎn)位置，從而得出校正安裝的傳送函數(shù)：正安裝的傳送函數(shù)：1 1過(guò)知的希望極點(diǎn)過(guò)知的希望極點(diǎn)sdsd作程度線作程度線sdAsdA；2 2作作0sdA0sdA的角平分線的角平分線sdB sdB ；3 3在直線在直線sdBsdB兩側(cè)各作夾角為兩側(cè)各作夾角為c/2c/2的兩條直線的

48、兩條直線sd sd pcpc和和sd zcsd zc交負(fù)實(shí)軸于交負(fù)實(shí)軸于zczc和和pcpc點(diǎn)分別為校正安裝的零點(diǎn)分別為校正安裝的零點(diǎn)和極點(diǎn)。點(diǎn)和極點(diǎn)。 T1sT1s) s (Gc 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法00c120,40 0ccd0ccd8020zs402-0ps 零點(diǎn)零點(diǎn)極點(diǎn)極點(diǎn)2 . 53jsd 9 .3tan805.23tan)s (Im)s (Rez2 .9tan405.23tan)s (Im)s (Rep0ddc0ddc 零零點(diǎn)點(diǎn)極極點(diǎn)點(diǎn) 2 . 9s9 . 3s) s

49、(Gc j015.2dso120 ABT1 T1 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法補(bǔ)償因接入超前校正安裝而引起的開環(huán)增益下補(bǔ)償因接入超前校正安裝而引起的開環(huán)增益下降，使希望主導(dǎo)極點(diǎn)降，使希望主導(dǎo)極點(diǎn)sdsd滿足幅值條件。滿足幅值條件。)2 .9)(2s ( s)9 .3(40)()()(0 sssGsGsGc 12 . 929 . 340 ddddssss 2 . 104/48 希望主導(dǎo)極點(diǎn)希望主導(dǎo)極點(diǎn)sd sd 的幅值條件求附加增益的幅值條件求附加增益KcKc：5 5計(jì)算超前校正安裝的附加增

50、益計(jì)算超前校正安裝的附加增益：衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法1 . 59 . 2jsd 0)2 . 9)(2()9 . 3(481)()(1 sssssHsG2 .11) 1 . 59 . 2() 1 . 59 . 2(3 pjjpi由法那么由法那么8 86 6校驗(yàn)：校驗(yàn)：sdsd處的增益能否滿足穩(wěn)態(tài)精度目的；處的增益能否滿足穩(wěn)態(tài)精度目的；sdsd能否符合系統(tǒng)閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的條件；能否符合系統(tǒng)閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的條件；假設(shè)不滿足性能目的要求，那么重新選擇校正安裝零極假設(shè)不滿足性能目的要求，那么重新選

51、擇校正安裝零極點(diǎn)位置，反復(fù)上述步驟，直到滿足。點(diǎn)位置，反復(fù)上述步驟，直到滿足。4 . 5p3 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法校正后系統(tǒng)的階躍呼應(yīng)曲線：校正后系統(tǒng)的階躍呼應(yīng)曲線：n=48 187.2;n=48 187.2;d=conv(conv(1 0,1 2),1 9.2);d=conv(conv(1 0,1 2),1 9.2);g=(tf(n,d);g=(tf(n,d);gg=feedback(g,1);gg=feedback(g,1);step(gg)step(gg)2 . 9)(2()

52、9 . 3(48) s (G ssss衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法第三講第三講n本講要點(diǎn)引見本講要點(diǎn)引見n作業(yè)和練習(xí)作業(yè)和練習(xí)1 1、掌握無(wú)源滯后校正、滯后、掌握無(wú)源滯后校正、滯后- -超前校正安裝及其特性超前校正安裝及其特性2 2、掌握滯后校正設(shè)計(jì)、掌握滯后校正設(shè)計(jì)衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法二、無(wú)源滯后校正網(wǎng)絡(luò)二、無(wú)源滯后校正網(wǎng)絡(luò) P214 P214阻容四端網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成阻容四端網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

53、1 1、無(wú)源滯后傳送函數(shù)：、無(wú)源滯后傳送函數(shù)：忽略輸入內(nèi)阻抗，并假設(shè)輸忽略輸入內(nèi)阻抗，并假設(shè)輸出負(fù)載阻抗無(wú)窮大，那么：出負(fù)載阻抗無(wú)窮大，那么：CRRT)(21 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)1RRRb 212分度系數(shù)分度系數(shù)1Rrucu2RCsCRRsCRsGsUsUcrc11)()()(212 1)(1212 CsRRCsRCsRRCsRRRRR)(1)(12121212 TsbTs 11衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法2 2、滯后網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)分布見圖：、滯后網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)分布見圖： b1，故滯后網(wǎng)絡(luò)的負(fù)實(shí)

54、零點(diǎn)，故滯后網(wǎng)絡(luò)的負(fù)實(shí)零點(diǎn)總是位于負(fù)實(shí)極點(diǎn)之左，兩者之總是位于負(fù)實(shí)極點(diǎn)之左，兩者之間的間隔間的間隔 由常數(shù)由常數(shù)b 決議。決議。22)(1lg20)(1lg20)(lg20)( TbTsGLcc TtgbTtgc11)( 3 3、滯后網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性、滯后網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性BodeBode圖：圖：TsbTssGc 11)(bT1T10j衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法 滯后網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率在滯后網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率在1/T 1/T 和和1/bT1/bT之間的輸入信號(hào)之間的輸入信號(hào)有明顯的積分作用，在該頻率范

55、圍內(nèi)輸出信號(hào)相角比有明顯的積分作用，在該頻率范圍內(nèi)輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角滯后，滯后網(wǎng)絡(luò)的稱號(hào)由此而得。輸入信號(hào)相角滯后，滯后網(wǎng)絡(luò)的稱號(hào)由此而得。 bT1m 最大滯后角頻率：最大滯后角頻率：b1b1sin-1m 最大滯后角：最大滯后角：)( LdecdB/20 blg20blg10)( T/1m bT/1m dB0o0衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法4 4、無(wú)源滯后校正的設(shè)計(jì)：、無(wú)源滯后校正的設(shè)計(jì)： 滯后校正不是利用校正安裝的相位滯后特性，滯后校正不是利用校正安裝的相位滯后特性，而是利用幅值

56、的高頻衰減特性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展校正的。而是利用幅值的高頻衰減特性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展校正的。它使得系統(tǒng)幅頻特性的中頻段和高頻段降低，截止它使得系統(tǒng)幅頻特性的中頻段和高頻段降低，截止頻率減小，從而使系統(tǒng)獲得足夠大的相角裕度，但頻率減小，從而使系統(tǒng)獲得足夠大的相角裕度，但快速性變差。為此防止校正安裝的最大滯后角快速性變差。為此防止校正安裝的最大滯后角mm出出如今系統(tǒng)新的截止頻率如今系統(tǒng)新的截止頻率 c c 附近。附近。無(wú)源超前校正的設(shè)計(jì)的普通步驟如下：無(wú)源超前校正的設(shè)計(jì)的普通步驟如下：P223P223衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正

57、方法線性系統(tǒng)校正方法1 1根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的的要求，確定開環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的的要求，確定開環(huán)增益K K ；2 2利用已確定的開環(huán)增益利用已確定的開環(huán)增益K K，繪制原系統(tǒng)的，繪制原系統(tǒng)的BodeBode圖圖L0()L0()和和0() 0() ，并確定其相角裕度，并確定其相角裕度 0 0；3 3假設(shè)原系統(tǒng)的假設(shè)原系統(tǒng)的0 0不滿足要求，那么從原系統(tǒng)的相不滿足要求，那么從原系統(tǒng)的相頻特性圖上找到一點(diǎn)，該點(diǎn)處相角為：頻特性圖上找到一點(diǎn)，該點(diǎn)處相角為： =-180o+ =-180o+ + + 注：以該點(diǎn)處的頻率作為校正后系統(tǒng)的截止頻率注：以該點(diǎn)處的頻率作為校正后系統(tǒng)的截止頻率c c ，式中的式中的 為系統(tǒng)所

58、要求的相角裕度，為系統(tǒng)所要求的相角裕度，是用于補(bǔ)償由是用于補(bǔ)償由滯后校正安裝的引入所帶來(lái)的滯后校正安裝的引入所帶來(lái)的 c c附近的相角滯后，普附近的相角滯后，普通?。和ㄈ。?=5o 15o =5o 15o 衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法4 4使原系統(tǒng)在使原系統(tǒng)在cc處的幅頻值處的幅頻值 Lo(c) =-20lgb Lo(c) =-20lgb，由此，由此確定確定b b；理由：設(shè)滯后校正安裝在其轉(zhuǎn)機(jī)頻率后的對(duì)數(shù)幅頻值理由：設(shè)滯后校正安裝在其轉(zhuǎn)機(jī)頻率后的對(duì)數(shù)幅頻值為為20lgb20lgb，假設(shè)原系

59、統(tǒng)在，假設(shè)原系統(tǒng)在cc處的幅頻值處的幅頻值Lo(c) =-Lo(c) =-20lgb20lgb，那么校正后系統(tǒng)在此處的幅頻值為，那么校正后系統(tǒng)在此處的幅頻值為0dB0dB。5 5計(jì)算校正安裝的轉(zhuǎn)機(jī)頻率，并畫出其計(jì)算校正安裝的轉(zhuǎn)機(jī)頻率，并畫出其BodeBode圖；圖；注：為了防止注：為了防止mm出如今出如今c c 附近而影響系統(tǒng)的相角裕附近而影響系統(tǒng)的相角裕度，使校正安裝的轉(zhuǎn)機(jī)頻率度，使校正安裝的轉(zhuǎn)機(jī)頻率2=(1/bT)=(0.10.2) c2=(1/bT)=(0.10.2) c6 6畫出校正后系統(tǒng)的畫出校正后系統(tǒng)的BodeBode圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)的圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)的 能否滿能否滿足要求，假設(shè)不滿足

60、，那么增大足要求，假設(shè)不滿足，那么增大值，從步驟值，從步驟3 3開場(chǎng)重開場(chǎng)重新計(jì)算，直到滿足為止。新計(jì)算，直到滿足為止。衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第六章第六章 線性系統(tǒng)校正方法線性系統(tǒng)校正方法設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例2 2：假設(shè)單位負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：假設(shè)單位負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：假設(shè)要求：假設(shè)要求：Kv5Kv5；40o40o；h 10dBh 10dB，試設(shè)計(jì)串，試設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正安裝。聯(lián)超前校正安裝。)15s. 0(1)s(sK) s (G0 解：解：1 1根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的要求確定開環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)目的要求確定開環(huán)增益K K：K)15s.