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文檔簡介
第五章
控制系統(tǒng)的校正方法第五章
控制系統(tǒng)的校正方法第五章
控制系統(tǒng)的校正方法第五章
控制系統(tǒng)的校正方法第五章
控制系統(tǒng)的校正方法第五章
控制系統(tǒng)的校正方法第五章
控制系統(tǒng)的校正方法我們已經(jīng)系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)分析的方法。即時域分析法和頻率特性法。介紹了控制系統(tǒng)性能指標的估算方法,影響性能指標的因素,以及改善系統(tǒng)性能指標的可行途徑,并揭示了控制系統(tǒng)性能指標的矛盾性,從而為控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。一個實際系統(tǒng)不但要求絕對穩(wěn)定,而且要求具有一定的穩(wěn)定裕量,即相對穩(wěn)定性,以保證系統(tǒng)具有滿意的性能指標。5.1校正的基本概念5.1.1控制系統(tǒng)的校正及其思路在控制工程中,為了滿足特定任務(wù)的要求,總是預(yù)先給出控制系統(tǒng)的性能指標,要求設(shè)計出一個有良好性能的控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)的性能指標,主要反映了對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,控制過程的快速性、超調(diào)量和控制精度方面的要求。第五章
控制系統(tǒng)的校正方法5.1.2設(shè)計指標⑴穩(wěn)定性⑵靜態(tài)指標:穩(wěn)態(tài)誤差ess
或位置誤差系數(shù)Kp
、速度誤差系數(shù)Kv和加速度誤差系數(shù)Ka
。⑶動態(tài)指標時域:調(diào)節(jié)時間ts、超調(diào)量
σ%和峰值時間tp
;或確定系統(tǒng)主導極點位置。頻域:穿越頻率ωc
和相位裕量γ
。5.1.3控制系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)及特點⑴串聯(lián)校正第五章
控制系統(tǒng)的校正方法⑵串聯(lián)加局部反饋校正
當串聯(lián)校正不能完全滿足動態(tài)性能的設(shè)計指標要求時,選擇加局部反饋校正,通過改變被控對象的結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)的性能指標。⑶串聯(lián)反饋加前饋校正①對給定值的前饋校正系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示第五章
控制系統(tǒng)的校正方法②對擾動值的前饋校正系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖所示。當設(shè)計的串聯(lián)反饋控制系統(tǒng)已經(jīng)基本滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計要求時,加入對擾動信號的前饋校正可以提高系統(tǒng)抗拒干擾的能力,且包括靜態(tài)和動態(tài)。第五章
控制系統(tǒng)的校正方法5.1.4系統(tǒng)校正的方法系統(tǒng)校正的方法可以采用時域法、根軌跡法和頻域法。當所設(shè)計的控制系統(tǒng)的性能指標是以頻域指標形式給出時,一般采用頻率法校正。本章只討論頻率法校正問題。讀者若想了解更多的校正方法,請參閱其它書籍。第五章
控制系統(tǒng)的校正方法5.2串聯(lián)校正典型環(huán)節(jié)特性在控制工程中,串聯(lián)校正應(yīng)用比較廣泛。串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的特性按照其頻率特性上相位超前或滯后的性質(zhì)可分為三類:超前校正、滯后校正和滯后超前校正。以下分別介紹典型的超前、滯后和滯后超前校正環(huán)節(jié)的特性。5.2.1超前校正環(huán)節(jié)特性
超前校正裝置的傳遞函數(shù)為:超前校正裝置最大的超前相角為:產(chǎn)生超前相角最大值的頻率為:
第五章
控制系統(tǒng)的校正方法若控制系統(tǒng)不可變部分的頻率特性在截止頻率附近有相角滯后,利用校正裝置產(chǎn)生的超前角,可以補償相角滯后,用來提高系統(tǒng)的相位穩(wěn)定裕量,改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。5.2.2.滯后校正環(huán)節(jié)特性
滯后校正裝置的傳遞函數(shù)為:如果把滯后校正裝置配置在低頻段,系統(tǒng)的相頻特性變化很小,即系統(tǒng)的動態(tài)特性變化不大,但開環(huán)增益卻因此可以提高,使穩(wěn)態(tài)性能得到改善。在控制系統(tǒng)動態(tài)特性較好,需要改變其穩(wěn)態(tài)性能時,采用滯后校正,可以提高穩(wěn)態(tài)精度,而對動態(tài)特性不產(chǎn)生大的影響。這是滯后校正裝置的主要用途之一。第五章
控制系統(tǒng)的校正方法5.2.3滯后—超前校正環(huán)節(jié)特性滯后校正主要用來改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能,超前校正主要用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量,改善動態(tài)性能。如果把二者結(jié)合起來,就能同時改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能,。這種校正方式稱為滯后-超前校正。5.3用頻率特性法設(shè)計串聯(lián)校正環(huán)節(jié)若系統(tǒng)的性能指標以穩(wěn)態(tài)誤差、相位裕量和增益裕量等頻域指標表示,那么用頻率特性法設(shè)計串聯(lián)校正環(huán)節(jié)是很方便的。在Bode圖上把校正環(huán)節(jié)的幅頻和相頻曲線分別加在原系統(tǒng)的幅頻和相頻曲線上就能清楚地顯示校正環(huán)節(jié)的作用,同時也能方便地根據(jù)性能指標確定所需要的校正環(huán)節(jié)。5.3.1希望的開環(huán)頻率特性低頻段增益應(yīng)足夠大,以保證穩(wěn)態(tài)精度的要求;中頻段一般以
的斜率穿越零分貝線,并維持一定的寬度,以保證合適的相位裕量和增益裕量,從而使系統(tǒng)具
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