第七章-控制系統(tǒng)的校正和綜合課件

道雖邇，不行不至；事雖小，不為不成。

——《荀子·修身》

約公元前313-前238戰(zhàn)國時期趙國人第七章控制系統(tǒng)的綜合與校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的校正概述

串聯(lián)校正反饋校正用頻域法對控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合與校正

性能分析：一個系統(tǒng)，元部件參數(shù)已定，分析它能達(dá)到什么指標(biāo)，能否滿足所要求的各項性能指標(biāo)；綜合與校正：若系統(tǒng)不能全面地滿足所要求的性能指標(biāo)，就要考慮對原系統(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各種性能指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計思路分類：一、時域性能指標(biāo)二、頻域性能指標(biāo)三、綜合性能指標(biāo)§7-1系統(tǒng)的性能指標(biāo)一、時域性能指標(biāo)

根據(jù)系統(tǒng)在典型輸入信號下輸出響應(yīng)的某些特點統(tǒng)一規(guī)定的。二、頻域性能指標(biāo)1、開環(huán)頻域指標(biāo)2、閉環(huán)頻域指標(biāo)三、綜合性能指標(biāo)（誤差準(zhǔn)則）1、誤差積分性能指標(biāo)(適用于，無超調(diào)情況）

例7-1-試確定能使I

值最小的K值。解：該系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，無超調(diào)。可見，K越大，I越小。2、誤差平方積分性能指標(biāo)（適于，有超調(diào)）

重視大誤差，忽略小誤差性能最優(yōu)系統(tǒng)就是使I取極小值的系統(tǒng)說明：系統(tǒng)的性能指標(biāo)要根據(jù)它所要完成的具體任務(wù)提出，應(yīng)有所側(cè)重；性能指標(biāo)的提出要有根據(jù)，不能脫離實際；

幾個性能指標(biāo)會互相矛盾，要折衷考慮并加以校正。§7-2

系統(tǒng)的校正概述基本概念

校正（或稱補償）：指給系統(tǒng)附加一些具有某種典型環(huán)節(jié)特性的電網(wǎng)絡(luò)、運算部件或測量裝置，靠這些裝置的合理配置來有效地改善整個系統(tǒng)的性能。

這一附加的部分稱為校正元件或校正裝置，通常是一些無源或有源電路，速度、加速度傳感器等。校正裝置在系統(tǒng)中的聯(lián)結(jié)方式

順饋校正

干擾補償串聯(lián)校正反饋校正在系統(tǒng)主反饋回路內(nèi)采用的校正方法，校正裝置串聯(lián)在系統(tǒng)的前向通道中。╳-╳Gc(s)串聯(lián)校正

在系統(tǒng)主反饋回路內(nèi)采用的校正方法，在系統(tǒng)中增加某些局部反饋環(huán)節(jié)。╳-╳╳-反饋（并聯(lián)）校正§7-3串聯(lián)校正超前校正滯后校正滯后-超前校正

PID調(diào)節(jié)器超前校正1、RC超前網(wǎng)絡(luò)

高通濾波器2、超前校正的作用╳-作用：提高系統(tǒng)的相位裕量（相對穩(wěn)定性）提高截止頻率ωc(快速性）開環(huán)增益保持不變（穩(wěn)態(tài)誤差）滯后校正1、RC滯后網(wǎng)絡(luò)低通濾波器2、滯后校正的作用-╳-作用：提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性減小截止頻率ωc(快速性下降）不影響穩(wěn)態(tài)精度

滯后-超前校正1、滯后-超前網(wǎng)絡(luò)滯后網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò)

帶阻濾波器

PID調(diào)節(jié)器

在當(dāng)今的工業(yè)控制器中，有半數(shù)以上采用了PID或變形PID控制方案。模擬PID控制器大多數(shù)是液壓的、氣動的、電氣的和電子型的，或是由它們構(gòu)成的組合型。由于微處理器的大量應(yīng)用，許多變成了數(shù)字型的。大多數(shù)PID控制器是現(xiàn)場調(diào)節(jié)的，某些PID控制器還具有在線自動調(diào)節(jié)能力。

ProportionIntegralDifferentiation1、P調(diào)節(jié)器-╳-2、I調(diào)節(jié)器-╳-

使系統(tǒng)的型次增加一階，能減小穩(wěn)態(tài)誤差（或無差調(diào)節(jié)），但可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。例1試判斷如下系統(tǒng)采用積分控制后的穩(wěn)定性。解：閉環(huán)特征方程為應(yīng)用勞斯穩(wěn)定性判據(jù)表明這類系統(tǒng)僅采用單一的積分控制規(guī)律，可將原系統(tǒng)提高到II型，似乎可以收到進(jìn)一步改善控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能之效，但系統(tǒng)是不穩(wěn)定的?！?、D調(diào)節(jié)器-╳-

可以對偏差的變化趨勢進(jìn)行調(diào)節(jié)，及時避免出現(xiàn)大的偏差。相位裕量增加，幅值穿越頻率增加，系統(tǒng)的快速性提高。但高頻增益上升，抗干擾能力減弱。4、PID調(diào)節(jié)器--╳╳

PI調(diào)節(jié)器相當(dāng)于滯后校正利用I調(diào)節(jié)消除殘差，利用P調(diào)節(jié)使系統(tǒng)穩(wěn)定。試分析PI控制器對改善給定系統(tǒng)穩(wěn)定性能的作用。解：

PD調(diào)節(jié)器相當(dāng)于超前校正§7-4

反饋校正

反饋校正可以理解為現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)反饋，在控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，常見的有被控量的速度、加速度反饋、執(zhí)行機構(gòu)的輸出及其速度的反饋；以及復(fù)雜系統(tǒng)的中間變量反饋等。

從控制的觀點來看，反饋校正比串聯(lián)校正有其突出的特點：一、能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動態(tài)結(jié)構(gòu)和參數(shù)；二、在一定條件下，反饋校正能完全取代被包圍環(huán)節(jié)，可以大大減弱這部分環(huán)節(jié)由于特性參數(shù)變化及各種干擾給系統(tǒng)帶來的不利影響。一、利用反饋校正改變局部結(jié)構(gòu)和參數(shù)

1、比例反饋包圍積分環(huán)節(jié)(改變系統(tǒng)的型次）

由原來的積分環(huán)節(jié)變成慣性環(huán)節(jié)，降低了原系統(tǒng)的型次。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度降低了，但提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。×-2、比例反饋包圍慣性環(huán)節(jié)(改變系統(tǒng)時間常數(shù)）

結(jié)果仍為慣性環(huán)節(jié)，但時間常數(shù)減小了。反饋系數(shù)越大，時間常數(shù)越小，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)越快?！?3、微分反饋包圍慣性環(huán)節(jié)

結(jié)果仍為慣性環(huán)節(jié)，但時間常數(shù)增大了。反饋系數(shù)越大，時間常數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越慢?！?4、微分反饋包圍振蕩環(huán)節(jié)(增大阻尼比）

結(jié)果仍為振蕩環(huán)節(jié)，但阻尼比卻顯著增大。改善小阻尼環(huán)節(jié)的不利影響?！?二、利用反饋校正取代局部結(jié)構(gòu)×-常用來改造不希望有的某些環(huán)節(jié)，或消除非線性、變參量的影響。三、速度反饋和加速度反饋§7-5用頻率法對控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合與校正用希望對數(shù)頻率特性進(jìn)行校正裝置的設(shè)計

只要求得希望對數(shù)幅頻特性與原系統(tǒng)固有開環(huán)對數(shù)幅頻特性之差即為校正裝置的對數(shù)幅頻特性曲線，從而可以確定校正環(huán)節(jié)Gj(s)，進(jìn)而確定系統(tǒng)的校正參數(shù)和電路。希望的系統(tǒng)開環(huán)頻率特性為：低頻段：有足夠高度（保證穩(wěn)態(tài)精度），不要有“爬行”。(穩(wěn)態(tài)特性)中頻段：－20dB/dec穿越0dB線，wc適度；(動態(tài)特性和穩(wěn)定性)高頻段：有足夠衰減特性，抗干擾性好。(抗干擾能力)希望對數(shù)頻率特性與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系見p239說明。1）求校正前后相位裕度，校正前后系統(tǒng)穩(wěn)定否？2）校正裝置的傳遞函數(shù)是什么？試設(shè)計相應(yīng)的無源校正網(wǎng)絡(luò)。[例2]某單位反饋系統(tǒng)校正前后的開環(huán)傳遞函數(shù)分別為解：首先畫出校正前后開環(huán)系統(tǒng)的伯德圖1a滯后校正R1900kΩ100kΩR2C5μF再加超前校正o[][][][]相位裕量不滿足設(shè)計要求。[][][][][]習(xí)題1：如圖所示，其中ABC是未加校正環(huán)節(jié)前系統(tǒng)的Bode圖；GHKL是加入某種串聯(lián)校正環(huán)節(jié)后的Bode圖。試說明它是哪種校正方法；寫出校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，說明它對系統(tǒng)性能的影響。解：它屬于串聯(lián)校正中的相