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1、自動(dòng)控制原理第7章 線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,1系統(tǒng)校正 ?,為了獲得更好的系統(tǒng)性能,而對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)與結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的校調(diào)。,回顧: 系統(tǒng)校正的概念與校正裝置,2校正裝置 ?,無源校正裝置,有源校正裝置; 相位超前校正裝置,相位滯后校正裝置,相位滯后超前校正裝置,回顧: 系統(tǒng)校正的概念與校正裝置,按校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式: 串聯(lián)校正 、并聯(lián)校正、前饋校正、復(fù)合校正,比如串聯(lián)校正:,3校正方式?,回顧: 系統(tǒng)校正的概念與校正裝置,根據(jù)校正裝置的相位特征而分為:,3校正方式?,回顧: 系統(tǒng)校正的概念與校正裝置,相位超前校正、 相位滯后校正、 相位滯后超前校正,第7章 線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法7.3 基于伯德
2、圖的系統(tǒng)校正 7.3.1 相位超前校正 7.3.2 相位滯后校正 7.3.3 滯后-超前校正 7.3.4 超前、滯后、滯后-超前校正的比較,7.3 基于伯德圖的系統(tǒng)校正為什么選擇基于伯德圖的方法?,1、幅頻特性相乘關(guān)系轉(zhuǎn)化為相加關(guān)系 2、設(shè)計(jì)過程得到簡(jiǎn)化。,7.3 基于伯德圖的系統(tǒng)校正 如何校正? 1 相位超前校正 2 相位滯后校正 3 滯后-超前校正,相位超前校正 校正原理? 校正方法? 校正利弊? (通過實(shí)例分析來總結(jié)),7.3 基于伯德圖的相位超前校正,相位超前校正原理,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,相位超前校正裝置及其傳遞函數(shù),Bode圖,頻率特性的主要特點(diǎn)是:,相頻特性為正值;
3、存在最大相位超前量jm; w=wm處,獲得jm;,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,Gc為校正裝置,G為對(duì)象,基于伯德圖的相位超前校正方法,利用頻率響應(yīng)法設(shè)計(jì)超前校正裝置的步驟如下:, 求出滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)的開環(huán)增益K值;, 根據(jù)求出的K值,畫出校正前的Bode圖,確定此時(shí)的幅值穿越頻率wc1和相位裕量g1;,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,相位超前校正裝置提供的最大相位超前量,g0 為系統(tǒng)期望的相角裕量 g1 未校正系統(tǒng)的相角裕量,一般預(yù)留抵消滯后量為510, 根據(jù) ,由jm求出a值,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,相位超前裝置在wm處的幅值,所以wc2應(yīng)選在未校正系統(tǒng)的L(w) =10
4、lga處。, 當(dāng)wc2wm時(shí),由,在系統(tǒng)中把原放大器增益增大a倍,或插入一個(gè)增益為a的 放大器。,畫出校正后的Bode圖,確定此時(shí)的幅值穿越頻率wc2和相位裕量g2,校驗(yàn)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。一定要校驗(yàn),不滿足做。,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,例:已知一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試設(shè)計(jì)一個(gè)相位超前校正裝置滿足: 相位裕量大于45; 對(duì)單位速度函數(shù)輸入,輸出的穩(wěn)態(tài)誤差小于或等于 0.01rad。,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,解: 對(duì)型系統(tǒng)ess=R/Kv,現(xiàn)R=1,要求 即, 畫出Kg=1時(shí)未校正系統(tǒng)Bode圖,確定此時(shí)的wc1和g。,7.3基于伯德圖的相位超前校正,7.3 基于伯德圖
5、的相位超前校正,若按折線計(jì)算,7.3基于伯德圖的相位超前校正, 求出需要相位超前網(wǎng)絡(luò)提供的最大相位超前量jm。,這里考慮原系統(tǒng)相頻特性在wc1附近較平坦,所以只加5。, 由,決定校正系統(tǒng)的幅值穿越頻率wc2。為了最大限度利用相位 超前網(wǎng)絡(luò)的相位超前量,wc2應(yīng)與wm相重合。即wc2應(yīng)選在未校正系統(tǒng)的L(w) =10lga處。,7.3基于伯德圖的相位超前校正,在系統(tǒng)中把原放大器增益增大2.2倍,或插入一個(gè)增益為2.2 的放大器。, 畫出校正后的Bode圖,確定此時(shí)的幅值穿越頻率wc2和相位裕量g2,校驗(yàn)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。, 當(dāng)wc2wm時(shí),由,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,7.3 基于伯德圖的相位超前校正,7.3基于伯德圖的相位超前校正,相位超前校正對(duì)系統(tǒng)的影響和限制,有利改善:, 改善了系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性; 改善了系統(tǒng)的快速性; 不影響準(zhǔn)確性。,7.2 基于伯德圖的相位超前校正,不利因素:,高頻衰減相對(duì)減弱,易引入高頻諧波干擾,工程簡(jiǎn)易方法:,7.2 基于伯德圖的相位超前校正(工程應(yīng)用補(bǔ)充知識(shí)),一階微分消弱大慣性環(huán)節(jié)的影響,工程簡(jiǎn)易方法:,7.2 基于伯德圖的相位超前校正(工程應(yīng)用補(bǔ)充知識(shí)),一階微分消弱大慣性環(huán)節(jié)的影響,校正后的傳遞函數(shù):,工程應(yīng)用于案例,7.2 基于伯德圖的相位超前校正(工程應(yīng)用補(bǔ)充知識(shí)),熱工系統(tǒng):,工程應(yīng)用于案例,7.2 基于伯
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