機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件-第六章學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械工程控制機(jī)械工程控制(kngzh)基礎(chǔ)課件基礎(chǔ)課件-第六章第六章第一頁(yè)，共79頁(yè)。 如果(rgu)一個(gè)系統(tǒng)的元部件及參數(shù)已經(jīng)給定，就要分析它能達(dá)到什么指標(biāo)，能否滿足所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)，這就是性能分析問(wèn)題。 若系統(tǒng)不能全面地滿足所要求的性能指標(biāo)，則可考慮對(duì)原已選定的系統(tǒng)增加必要的元件或環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)能夠全面地滿足所要求的性能指標(biāo)，這就是系統(tǒng)的綜合與校正。 第1頁(yè)/共78頁(yè)第二頁(yè)，共79頁(yè)。 一.系統(tǒng)的性能指標(biāo)，校正的一般概念，常用(chn yn)的校正方法與分類； 二.相位超前校正，相位滯后校正，相位超前-滯后校正的基本特性及其頻域設(shè)計(jì)方法； 三. PID調(diào)節(jié)器的基本特性與設(shè)計(jì)方法；

2、 四.順饋校正與反饋校正的基本特性。第2頁(yè)/共78頁(yè)第三頁(yè)，共79頁(yè)。 設(shè)計(jì)某個(gè)控制系統(tǒng)的目的，是用來(lái)完成某一特定的任務(wù)。控制系統(tǒng)可分為被控對(duì)象(duxing)和控制裝置兩大部分，當(dāng)被控對(duì)象(duxing)確定后，則可對(duì)控制系統(tǒng)提出要求，通常以性能指標(biāo)來(lái)表示，這些指標(biāo)常常與精度、相對(duì)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度有關(guān)。第3頁(yè)/共78頁(yè)第四頁(yè)，共79頁(yè)。系統(tǒng)的性能指標(biāo)，按其類型可分為：時(shí)域性能指標(biāo)：包括瞬態(tài)和穩(wěn)定性能指標(biāo)；頻域性能指標(biāo)：它不僅反映系統(tǒng)在頻域方面的特性，而且當(dāng)時(shí)域性能不易(b y)求得，可首先用頻率特性實(shí)驗(yàn)來(lái)求得該系統(tǒng)在頻域中的動(dòng)態(tài)性能，再由此推出時(shí)域中的動(dòng)態(tài)性能。綜合性能指標(biāo)：它是考慮對(duì)系統(tǒng)的

3、某些重要參數(shù)應(yīng)如何取值才能保證系統(tǒng)獲得某一最優(yōu)的綜合性能的測(cè)度。即：若對(duì)這個(gè)性能指標(biāo)取極值，則可獲得有關(guān)重要參數(shù)值，而這些參數(shù)值可保證這一綜合性能為最優(yōu)。第4頁(yè)/共78頁(yè)第五頁(yè)，共79頁(yè)。一、時(shí)域性能指標(biāo)：評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)，一般是根據(jù)系統(tǒng)在典型輸入下輸出響應(yīng)的某些特點(diǎn)統(tǒng)一(tngy)規(guī)定的。例.單位階躍下二階欠阻尼系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)： 一般從使用的角度來(lái)看，時(shí)域指標(biāo)比較(bjio)直觀，對(duì)系統(tǒng)的要求常常以時(shí)域指標(biāo)的形式提出。第5頁(yè)/共78頁(yè)第六頁(yè)，共79頁(yè)。二、頻域性能指標(biāo)：1、開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)： 和 表征了系統(tǒng)(xtng)的中頻特性，反映了系統(tǒng)(xtng)的穩(wěn)定性和快速性。cw第6頁(yè)/共7

4、8頁(yè)第七頁(yè)，共79頁(yè)。2、閉環(huán)頻域指標(biāo)(zhbio)：max(0)rAMAmw0 mwbw諧振(xizhn)峰值：復(fù)現(xiàn)(f xin)頻率 ：復(fù)現(xiàn)低頻正弦輸入信號(hào)的帶寬（工作帶寬）閉環(huán)截止頻率，從 下降 時(shí)的(0)A3dBw0 bw：閉環(huán)帶寬第7頁(yè)/共78頁(yè)第八頁(yè)，共79頁(yè)。在基于頻域特性(txng)的設(shè)計(jì)中，常將時(shí)域指標(biāo)轉(zhuǎn)換成頻域指標(biāo)來(lái)考慮。頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)間有一定的關(guān)系，例如， 與 有關(guān)。 ptstbw當(dāng)阻尼比 一定時(shí)，截止頻率 與 都呈反比(fnb)關(guān)系，即：帶寬越 ，系統(tǒng)響應(yīng)輸入信號(hào)的快速性bwpt第8頁(yè)/共78頁(yè)第九頁(yè)，共79頁(yè)。 111Gss 2131Gss1,T 111T

5、bww 3,T 2213Tbww12bbww所以(suy)，I的響應(yīng)速度 ，有較好的跟隨性能。單位(dnwi)階躍響應(yīng)1kTII的慣性(gunxng)單位斜坡響應(yīng)第9頁(yè)/共78頁(yè)第十頁(yè)，共79頁(yè)。三、綜合性能指標(biāo)（誤差準(zhǔn)則）目前使用的綜合性能指標(biāo)有許多種，簡(jiǎn)單介紹如下(rxi)： 1、誤差積分性能指標(biāo)。 對(duì)于一個(gè)理想的系統(tǒng)，若輸入為階躍，輸出也應(yīng)為階躍。實(shí)際上，輸入與輸出間總存在誤差，我們只能使誤差 盡可能 e t第10頁(yè)/共78頁(yè)第十一頁(yè)，共79頁(yè)。無(wú)超調(diào)階躍響應(yīng)(xingyng)及誤差 在無(wú)超調(diào)的情況下， 總是單調(diào)變化的，因此，若考慮(kol)所有時(shí)間里誤差的總和，那么系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)可

6、取為： e t 0Ie t dt oroioe txtxtx txt 00limstsE se t edtIE s 只要系統(tǒng)在階躍輸入下其過(guò)渡(gud)過(guò)程無(wú)超調(diào)，就可根據(jù)上式求值，據(jù)此式計(jì)算出系統(tǒng)的使I為最小的參數(shù)。第11頁(yè)/共78頁(yè)第十二頁(yè)，共79頁(yè)。設(shè)如圖示方框圖，求能使I為最小的值。解：由單位(dnwi)負(fù)反饋 111.1isE ssxsksk ssks 001limsIe t dtE skkI，從減少(jinsho)I的角度看，k值越大越好。第12頁(yè)/共78頁(yè)第十三頁(yè)，共79頁(yè)。 當(dāng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程有超調(diào)時(shí)，由于誤差有正有負(fù)，積分后不能反映整個(gè)過(guò)程誤差的大小(dxio)，所以若不能預(yù)先

7、知道系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程有無(wú)超調(diào)，就不能應(yīng)用上式計(jì)算I值，以評(píng)價(jià)所有時(shí)間里面誤差總和的大小(dxio)。第13頁(yè)/共78頁(yè)第十四頁(yè)，共79頁(yè)。2、誤差平方(pngfng)積分性能指標(biāo)： 給系統(tǒng)以單位階躍輸入后，其輸出過(guò)渡過(guò)程有振蕩時(shí)，則常取誤差平方的積分為系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)，即由于積分號(hào)中為平方項(xiàng)，所以 的正負(fù)不會(huì)互相抵消，積分上限可由足夠大的時(shí)間T來(lái)代替，性能最優(yōu)系統(tǒng)就是上式積分取極小的系統(tǒng) 因?yàn)橛梅治?fnx)和實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)計(jì)算上式右邊的積分比較容易，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往采用這種性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，這也是現(xiàn)代控制理論中的二次型性能指標(biāo)的一種 20Iet dt e t第14頁(yè)/共78頁(yè)

8、第十五頁(yè)，共79頁(yè)。階躍響應(yīng)(xingyng)及誤差、誤差平方、誤差平方積分曲線誤差平方積分性能指標(biāo)的特點(diǎn)： 重視大的誤差，忽略小的誤差。因?yàn)?yn wi)誤差大時(shí)，其平方更大，對(duì)的影響大，所以根據(jù)這種指標(biāo)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，能使大的誤差迅速減小，但系統(tǒng)易產(chǎn)生振蕩。第15頁(yè)/共78頁(yè)第十六頁(yè)，共79頁(yè)。3、廣義誤差平方(pngfng)積分性能指標(biāo) 220Ietetdt 給定的加權(quán)系數(shù) 所以最優(yōu)系統(tǒng)就是使此性能指標(biāo)取極小的系統(tǒng) 此指標(biāo)的特點(diǎn)是既不允許大的動(dòng)態(tài)誤差 長(zhǎng)期存在，又不允許大的誤差變化率 長(zhǎng)期存在。 所以按此準(zhǔn)則(zhnz)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，不僅過(guò)渡過(guò)程結(jié)束得快，且過(guò)渡過(guò)程的變化也較平穩(wěn)。取： e t

9、 e t第16頁(yè)/共78頁(yè)第十七頁(yè)，共79頁(yè)。6.2 系統(tǒng)(xtng)的校正 性能指標(biāo)通常是由控制系統(tǒng)(xtng)的用戶提出。一個(gè)具體系統(tǒng)(xtng)對(duì)指標(biāo)的要求應(yīng)有所側(cè)重，如調(diào)速系統(tǒng)(xtng)對(duì)平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)精度要求嚴(yán)格，而隨動(dòng)系統(tǒng)(xtng)對(duì)快速性期望很高。 性能指標(biāo)的提出要有根據(jù)，不能脫離實(shí)際的可能性，比如要求響應(yīng)快，則必須有足夠好的能量供給系統(tǒng)(xtng)和能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(xtng)，以保證運(yùn)動(dòng)部件具有較好的加速度，運(yùn)動(dòng)部件要能承受產(chǎn)生的離心載荷和慣性載荷等。性能指標(biāo)決定于系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計(jì)水平和工藝水平。此外，由于它的性能指標(biāo)常需要昂貴的元件，因此成本高。第17頁(yè)/共78頁(yè)第十八

10、頁(yè)，共79頁(yè)。 另一方面，幾個(gè)性能(xngnng)指標(biāo)的要求也經(jīng)?；ハ嗝?。例如，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差往往會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。在這種情況下，就要考慮哪個(gè)性能(xngnng)時(shí)主要的，首先加以滿足；有時(shí)，在另一些情況下就要采取折中的方案，并加上必要的校正，使兩方面的性能(xngnng)都能得到部分滿足。第18頁(yè)/共78頁(yè)第十九頁(yè)，共79頁(yè)。一、校正(jiozhng)的概念： 所謂校正（或稱補(bǔ)償調(diào)節(jié)），就是指在系統(tǒng)(xtng)中增加新的環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)(xtng)的性能的方法。第19頁(yè)/共78頁(yè)第二十頁(yè)，共79頁(yè)。例：如圖 123111kkGsTsT sT s0p為圖中，包圍

11、(bowi)點(diǎn) ，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定1, jo改進(jìn)(gijn)： 圖中穩(wěn)定，但 ，不希望(xwng)甚至不允許kksse 增加新環(huán)節(jié)，圖中發(fā)生變化，穩(wěn)定不改變k，不 增大ess第20頁(yè)/共78頁(yè)第二十一頁(yè)，共79頁(yè)。0p 穩(wěn)定(wndng)，但相位裕度改進(jìn)(gijn)：,k 無(wú)變化(binhu)，無(wú)改善。加入新環(huán)節(jié)，使曲線 間產(chǎn)生正的相移，12, ww得到改善。例：如圖第21頁(yè)/共78頁(yè)第二十二頁(yè)，共79頁(yè)。 由以上例子可知：從頻率法德觀點(diǎn)來(lái)看，增加新的環(huán)節(jié)，主要是改變系統(tǒng)的頻率特性。對(duì)系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)(zhbio)的要求，最終可歸結(jié)為對(duì)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是利用校正裝置對(duì)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)

12、Bode圖進(jìn)行整形。第22頁(yè)/共78頁(yè)第二十三頁(yè)，共79頁(yè)。要求(yoqi)在低頻區(qū)（wwc），表征系統(tǒng)的復(fù)雜性及噪聲抑制性能，高頻增益應(yīng)盡可能小，開(kāi)環(huán)幅頻特性盡可能快的衰減，以減少高頻噪聲對(duì)系統(tǒng)的干擾。若原有高頻段已符合要求，則校正時(shí)可保持高頻段不變，以簡(jiǎn)化校正裝置。系統(tǒng)精度快速性穩(wěn)定性gkdB和ssewc第23頁(yè)/共78頁(yè)第二十四頁(yè)，共79頁(yè)。二、校正(jiozhng)的分類 校正就是給系統(tǒng)附加一些具有某種典型(dinxng)環(huán)節(jié)特性的電網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算部件或測(cè)量裝置等，靠這些環(huán)節(jié)的配置來(lái)有效地改善整個(gè)系統(tǒng)的控制性能，這一附加的部分 校正元件（或者裝置），通常是一些無(wú)源或有源微積分電路，以及速度

13、、加速度傳感器等。串聯(lián)校正(jiozhng)反饋校正(jiozhng)順饋校正(jiozhng)干擾校正(jiozhng)最常見(jiàn)附加校正第24頁(yè)/共78頁(yè)第二十五頁(yè)，共79頁(yè)。圖6.12 串聯(lián)校正與反饋(fnku)校正的聯(lián)結(jié)方式第25頁(yè)/共78頁(yè)第二十六頁(yè)，共79頁(yè)。6.3 串聯(lián)(chunlin)校正校正裝置(zhungzh) 串聯(lián)在前向通道中 cGs圖6.13校正(jiozhng)前： 1BG sGsG s H s校正后： 1cBcGs G sGsGs G s H s零、極點(diǎn)均發(fā)生變化第26頁(yè)/共78頁(yè)第二十七頁(yè)，共79頁(yè)。 為了減少功率消耗，串聯(lián)校正裝置一般(ybn)都放在前向通道的前端，

14、即低功率部分，按校正環(huán)節(jié)的性質(zhì)可分為：(1) 增益(zngy)調(diào)整(2) 相位超前校正(3) 相位滯后校正 (4) 相位滯后超前校正第27頁(yè)/共78頁(yè)第二十八頁(yè)，共79頁(yè)。 其中，增益調(diào)整的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，增益的調(diào)整從Bode圖上看，只能使對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(qxin)上下平移，也不能改變曲線(qxin)的形狀。 所以，單憑調(diào)整增益，往往不能很好地解決各指標(biāo)間相互制約的矛盾，還須附加校正裝置。第28頁(yè)/共78頁(yè)第二十九頁(yè)，共79頁(yè)。一、相位(xingwi)超前校正12iii00021()iiuuuc uuRR0012001211211()( )() ( )LiiiuuuRRcucucsu scsu

15、 sRRRR RR 012112212112121()( )1( ).( )()1icsu sRRcR sG sRRRu sRRcscR sR RRR圖6.14 RC超前環(huán)節(jié)(hunji)第29頁(yè)/共78頁(yè)第三十頁(yè)，共79頁(yè)。21121RcRTRR令，1( ).1TsG sTs則222211(1)().11jTww TjwTG jwjTww T 222222211(1)arctanarctanarctan01w TA ww TTwwTwTww T圖6.15 超前環(huán)節(jié)(hunji)的頻率特性第30頁(yè)/共78頁(yè)第三十一頁(yè)，共79頁(yè)。 為了充分發(fā)揮相位超前環(huán)節(jié)(hunji)的相位超前作用，應(yīng)求出相位

16、超前環(huán)節(jié)(hunji)的最大相位超前量。 2arctan1110arcsin1xxxmmwwwT 22222011TTw Tw T 這種簡(jiǎn)單的超前網(wǎng)絡(luò)科設(shè)置在兩級(jí)放大器之間，但負(fù)載(fzi)效應(yīng)和增益損失(0k0內(nèi)，負(fù)穿越一次不穩(wěn)定圖6.16：原單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)Bode曲線第32頁(yè)/共78頁(yè)第三十三頁(yè)，共79頁(yè)。 在原系統(tǒng)串入超前校正網(wǎng)絡(luò)，曲線變?yōu)椤?校正環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率 及 分別(fnbi)設(shè)在 兩側(cè)，提高增益 倍，使加入串聯(lián)校正后系統(tǒng)總的開(kāi)環(huán)增益與原系統(tǒng)一致。1T1T1cw由于正斜率的作用(zuyng)，中頻段： 且剪切頻率(pnl)20/kdB dec 2cw改進(jìn)：第33頁(yè)/共78頁(yè)第

17、三十四頁(yè)，共79頁(yè)。 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(jio d)的穩(wěn)定裕度。 但：超前校正一般不改善原系統(tǒng)的低頻特性，若進(jìn)一步使 ，使低頻段上移，則系統(tǒng)的平穩(wěn)性將有所下降，幅頻特性過(guò)分上移，還會(huì)削弱系統(tǒng)抗高頻干擾的能力。所以，超前校正對(duì)提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的作用很小。 如果主要是為了使系統(tǒng)的響應(yīng)快，超調(diào)小，可采用超前串聯(lián)校正。k 第34頁(yè)/共78頁(yè)第三十五頁(yè)，共79頁(yè)。下面舉例說(shuō)明利用(lyng)相位超前環(huán)節(jié)進(jìn)行校正的過(guò)程例如(lr)，設(shè)一系統(tǒng)如圖6.17示: 4(2)kkGss s若使系統(tǒng)(xtng)在單位速度輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差:0.05sse 相位裕度: 幅值裕度:0

18、5010dB試求系統(tǒng)校正裝置圖6.17第35頁(yè)/共78頁(yè)第三十六頁(yè)，共79頁(yè)。20111=lim0.051012ssskeskGsk解：可滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度(jn d)的要求 2404020(2)2(1)2kGsss ssss頻率特性：224040(2 )2(1)kGjwwjwj ww w 240290arctan180arctan24oowA wwww w ，或第36頁(yè)/共78頁(yè)第三十七頁(yè)，共79頁(yè)。畫(huà)出開(kāi)環(huán)Bode圖如下(rxi)：通過(guò)計(jì)算(j sun)可得校正前：6.218()ocggwwkdB ，計(jì)算(j sun):090arctan1802goggwww ()20lg()ggkdBA

19、w 240()116.1684ccccA wwww 018018ocw第37頁(yè)/共78頁(yè)第三十八頁(yè)，共79頁(yè)。為了使校正(jiozhng)后的相位裕度所以應(yīng)使校正(jiozhng)環(huán)節(jié)的相位050000()501832ccw但是串聯(lián)(chunlin)后的 由 確定cw222222140114ccccw Tw Twwcww若以 計(jì)算出的 ,為了使校正(jiozhng)后的相位裕度:cw01805000()3238 ()ccw取則：第38頁(yè)/共78頁(yè)第三十九頁(yè)，共79頁(yè)。為了充分發(fā)揮校正環(huán)節(jié)的相位(xingwi)超前作用，由下式：11arcsin,1mmwT和確定校正環(huán)節(jié)(hunji)的參數(shù) 和剪

20、切功率 ：cw01arcsin380.241m1mwT把它作為(zuwi)剪切頻率，代入 中,有：()1cA w22222214020lg20lg014ccccw Tw Tww第39頁(yè)/共78頁(yè)第四十頁(yè)，共79頁(yè)。將 代入上式左邊(zu bian)第一項(xiàng)，得：1cwT24020lg6.2348.954cccwww 118.950.23,0.055cTTTw可確定(qudng)校正環(huán)節(jié)的傳函為： ( )1(0.24)0.23110.0551cTssGsTss為補(bǔ)償超前校正造成的幅值衰減(shui jin)，原開(kāi)環(huán)增益要增大k1倍11k d 114.170.24k 使：第40頁(yè)/共78頁(yè)第四十一頁(yè)

21、，共79頁(yè)。校正(jiozhng)的開(kāi)環(huán)傳函為： 0.231400.0551(2)ckcksGsGs Gsss s校正(jiozhng)后的曲線如圖示 ： 衰減920/cwkdB dec ，此段頻率 具有(jyu)足夠的寬度。11TT所以：050 ,()gkdB 系統(tǒng)滿足全部動(dòng)、靜態(tài)性能要求。第41頁(yè)/共78頁(yè)第四十二頁(yè)，共79頁(yè)。二、相位滯后校正(jiozhng)：圖6.19 20001122001111201121212211112211()()1(1)11111,11iiiiiRuuuuuRcRuRRuuuRcRRcRRsusRcRR csG sRRRRussR csRcRRRRTsR

22、cTG sRTs 令02011iuuiRidtuicR，第42頁(yè)/共78頁(yè)第四十三頁(yè)，共79頁(yè)。圖6.20第43頁(yè)/共78頁(yè)第四十四頁(yè)，共79頁(yè)。 對(duì)數(shù)漸近幅頻曲線具有負(fù)斜率段，相頻曲線出現(xiàn)負(fù)相移。輸出電壓在相位上滯后于輸入-滯后網(wǎng)絡(luò)。 滯后校正(jiozhng)所起的作用如圖6.20（b）： 原：中頻段 ： 附近 所以系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)平穩(wěn)性很差。且對(duì)照相頻曲線知，接近于臨界穩(wěn)定。1cw60/kdB dec 第44頁(yè)/共78頁(yè)第四十五頁(yè)，共79頁(yè)。改進(jìn)（校正(jiozhng)）：串以滯后校正(jiozhng) 得 校正環(huán)節(jié)(hunji)的轉(zhuǎn)角頻率 及 均設(shè)置在先于一段距離處1T1T 由于校正環(huán)節(jié)的

23、負(fù)頻率，顯著減小了頻寬，但新的截止頻率 附近 ，以保證足夠的穩(wěn)定性（以犧牲快速性來(lái)?yè)Q取穩(wěn)定性）。相頻曲線，校正雖帶來(lái)了負(fù)相移，但處于頻率較低的部位，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量不會(huì)很大影響(yngxing)。另外，串聯(lián)滯后校正沒(méi)有改變?cè)到y(tǒng)低頻段的特性，故對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度不起破壞作用，相反，往往還允許適當(dāng)提高開(kāi)環(huán)增益，甚至將分母改為純積分環(huán)節(jié) 改善穩(wěn)態(tài)精度。對(duì)于快速性要求不高的系統(tǒng)常采用滯后校正，如恒溫控制等2cw20/kdB dec 第45頁(yè)/共78頁(yè)第四十六頁(yè)，共79頁(yè)。三、相位滯后-超前校正(jiozhng)超前校正的作用：在于提高系統(tǒng)的相位穩(wěn)定性和快速性，但對(duì)穩(wěn)定性能(xngnng)改善不大。滯

24、后 校 正 的 作 用 ： 在 基 本 上 不 影 響 原 有 動(dòng) 態(tài) 性 能(xngnng)的前提下，提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，從而改善穩(wěn)態(tài)性能(xngnng)。圖6.21滯后-超前校正環(huán)節(jié)(hunji)：可同時(shí)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能第46頁(yè)/共78頁(yè)第四十七頁(yè)，共79頁(yè)。01020121()iiuuic uuiRidtuRc2102 1000012121()()()()iiiiRcuuR c uuuuuuuRc Rc21212 10002 11221122111()(1)()iiiRcRcR c uuuR c uuuRcc RRcc R 2212 1012211 1222211 1221

25、22 112211()(1)(1)1(1)(1)()1iRcR c ssusRcc RRc sR c sG sRcusRc sR c sRc sR c ssRcc R第47頁(yè)/共78頁(yè)第四十八頁(yè)，共79頁(yè)。11 122221121 1221 2,(),(1)TRc TR cTTTTRcR cRc令取取 1212121211111111TsT sTsT sG sTT sTssT s超前校正(jiozhng) 滯后校正(jiozhng)第48頁(yè)/共78頁(yè)第四十九頁(yè)，共79頁(yè)。圖6.22 曲線(qxin)的低頻部分具有負(fù)斜率，負(fù)相移，起滯后校正作用，后一段具有正斜率，正相移，起超前校正作用。 目前：

26、在實(shí)際控制系統(tǒng)中，多采用以運(yùn)算放大器組成的有源校正部件。（實(shí)際上，簡(jiǎn)單RC網(wǎng)絡(luò)放大倍數(shù)不可能1，并常因負(fù)載效應(yīng)的影響而削弱了校正的作用，使網(wǎng)絡(luò)參數(shù)難以(nny)選擇）第49頁(yè)/共78頁(yè)第五十頁(yè)，共79頁(yè)。第50頁(yè)/共78頁(yè)第五十一頁(yè)，共79頁(yè)。有源：有源校正裝置：若系統(tǒng)的調(diào)整要求較高，并希望校正環(huán)節(jié)的參數(shù)可隨意調(diào)整時(shí)用一個(gè)高增益運(yùn)算放大器加上四端網(wǎng)反饋組成的。 因?yàn)檫\(yùn)算放大器的增益很高且輸入阻抗很大，只要在它的輸入、輸出端接上不同的輸入阻抗和反饋?zhàn)杩咕秃苋菀?rngy)得到各種不同性能的調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器第51頁(yè)/共78頁(yè)第五十二頁(yè)，共79頁(yè)。第52頁(yè)/共78頁(yè)第五十三頁(yè)，共79頁(yè)。 IIrfss

27、 RI,Ieerfrfsxsxsc sssEsEs又: ec skxs /R11frfrEsEsc sG sEsskkEs= 1,frEskG sEs 考慮(kol)到運(yùn)算放大器的增益： 可見(jiàn)：只要改變Ef (s)和Er(s)就可得到不同的有源校正(jiozhng)裝置流入放電器(dinq)的電流，輸入阻抗 IIIrfesss求傳函： I0es 第53頁(yè)/共78頁(yè)第五十四頁(yè)，共79頁(yè)。 1111rR REsRR11111Uuidtc uicsuIRcIcs 111111rRc sEsRc s第54頁(yè)/共78頁(yè)第五十五頁(yè)，共79頁(yè)。 221fEsRc s 2122111111111friREss

28、sc sG sEsTsRc sRc s 11 12221 2,iRcR c TRc式中：第55頁(yè)/共78頁(yè)第五十六頁(yè)，共79頁(yè)。 121 2121211111piIDG ssksTsT sT P I D12pikT12IT1 212DT 比例(bl)增益積分(jfn)時(shí)間常數(shù)微分時(shí)間常數(shù)PID調(diào)節(jié)器第56頁(yè)/共78頁(yè)第五十七頁(yè)，共79頁(yè)。 實(shí)際系統(tǒng)中常采用(ciyng)的比例積分調(diào)節(jié)器（PI）、比例微分調(diào)節(jié)器（PD）和比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID），它們均屬于有源校正裝置。第57頁(yè)/共78頁(yè)第五十八頁(yè)，共79頁(yè)。一、比例(bl)積分調(diào)節(jié)器（PI）圖6.25 1rE sR 21fEsRcs 221

29、111111fipcpriiREsTk sRcsGskEsRRRcsTsTs 其中(qzhng):21pRkR 1iTRc 第58頁(yè)/共78頁(yè)第五十九頁(yè)，共79頁(yè)。顯示(xinsh)：PI校正使相位滯后第59頁(yè)/共78頁(yè)第六十頁(yè)，共79頁(yè)。 加入PI后，系統(tǒng)從O型 I型，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差得以消除或減少，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，但相應(yīng)裕量有所減少，穩(wěn)定程度變差。所以只有穩(wěn)定裕量足夠(zgu)大時(shí)才能采用這種控制。第60頁(yè)/共78頁(yè)第六十一頁(yè)，共79頁(yè)。 1111rRcsEsRcs 2RfEs 212221111111fcpdrEsRcsRRRGsR cskT sEsRRRcsRcs 21pRkR 2dTR c 第61頁(yè)/共78頁(yè)第六十二頁(yè)，共79頁(yè)。 顯然：PD校正(jiozhng)使相位超前 第62頁(yè)/共78頁(yè)第六十三頁(yè)，共79頁(yè)。 當(dāng)采用PD控制后，相位裕度，穩(wěn)定性增強(qiáng)；系統(tǒng)的快速性提高。所以，PD控制提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dngti)性能，但微分作用很容易放大高頻噪音，高頻增益，抗干擾的能力減弱；因此，常配以高頻噪音濾波環(huán)節(jié)。第63頁(yè)/共78頁(yè)第六十四頁(yè)，共79頁(yè)。 11cpidGsksTsT當(dāng) 時(shí)，PID調(diào)節(jié)器的圖如左圖6.29示：idTT圖參見(jiàn)(cnjin)筆記P/162，圖6.24圖6.29第64頁(yè)/共7