过程控制基础第8章系统的设计与校正.ppt

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1、执行机构执行机构功率放大器功率放大器检测装置检测装置控制系统控制系统放大器、校正装置放大器、校正装置不可变部分不可变部分可变部分可变部分迫使系统满足给定的性能迫使系统满足给定的性能(设计系统）设计系统）根据被控对象及其控制要求，选择适当的控根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器及控制规律设计一个满足给定性能指标制器及控制规律设计一个满足给定性能指标的控制系统。的控制系统。校正校正(补偿补偿)：通过改变系统结构，或在系统通过改变系统结构，或在系统中增加中增加附加装置或元件附加装置或元件(校正装置校正装置)对已有的对已有的系统（固有部分）进行再设计使之满足性能系统（固有部分）进行再设计使之满足

2、性能要求。要求。控制系统的设计任务：控制系统的设计任务：！控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置！控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置控制系统的性能指标在其中起着向导作用，控制系统的性能指标在其中起着向导作用，其提法有多种，在满足系统稳定的前提下，其提法有多种，在满足系统稳定的前提下，主要有两类：时域指标和频域指标。主要有两类：时域指标和频域指标。1.时域指标时域指标（1）稳态指标）稳态指标稳态指标对控制系统的稳态精度提出要求，稳态指标对控制系统的稳态精度提出要求，它常用它常用稳态误差稳态误差表征。表征。（2）动态指标）动态指标常用的指标参数为调整时间常用的指标参数为调整时间ts、超调量

3、、超调量Mp等。等。2、频域指标、频域指标（1）开环频域指标：）开环频域指标：主要包括开环截止频率主要包括开环截止频率 c（增益交点频率）、（增益交点频率）、相位裕度相位裕度、增益裕度、增益裕度Kg等。等。（2）闭环频域指标：）闭环频域指标：常见的为谐振峰值常见的为谐振峰值Mr、谐振频率、谐振频率 r、闭环、闭环截止频率截止频率 b或带宽等。或带宽等。由于性能指标在一定程度上决定了系统实由于性能指标在一定程度上决定了系统实现的难易程度、工艺要求、可靠性和成本，现的难易程度、工艺要求、可靠性和成本，因此性能指标的提出要有一定依据，不能因此性能指标的提出要有一定依据，不能脱离实际的可能性。脱离实际

4、的可能性。二、时域指标和频域指标的对应关系二、时域指标和频域指标的对应关系用用开环频率特性开环频率特性设计系统时，设计系统时，常采用的动态指标有：常采用的动态指标有：相位裕度相位裕度 和和增益交点频率增益交点频率 c。用用闭环频率特性闭环频率特性设计系统时，常采用的动态指标有：设计系统时，常采用的动态指标有：谐振峰值谐振峰值Mr、谐振频率谐振频率 r。相位裕度相位裕度 和和谐振峰值谐振峰值Mr反映了过渡过程的反映了过渡过程的平稳性平稳性，它们与时域指标它们与时域指标超调量超调量Mp相对应相对应；增益交点频率增益交点频率 c、谐振频率、谐振频率 r，反映了响应的，反映了响应的快速快速性性，它们与

5、，它们与时域指标调整时间时域指标调整时间ts在此，主要通过开环频率特性来研究闭环系统的动在此，主要通过开环频率特性来研究闭环系统的动态性能。态性能。一阶系统传递函数的标准形式为一阶系统传递函数的标准形式为1一阶系统一阶系统1()1G sTs 12()()(1)KG s H ss Ts X(s)Y(s)Y(s)E(s)+-+1Ks Ts 2()()(2)nnG s H ss s nKT 12 TK 321120lg40lg 312KT 3n 421+42cn 21jj2nccn 421+42cn242412arctan2arctan2arctan90180 cnnc423142sct212(0.

6、707)rn22412244bn21(0.707)21rM 216 sssG 15.08 sssG 5.arctan090jj125.08jj2 HGHG 1125.08jj2 ccccHG s/76rad.3 c -152arctan1.88905.arctan090jjcccHG 28jj180ccHG 162162 sss25.022s/4rad nn 26.025.010.252112122 rMs/74rad.325.02142122 nr01()11()1iSUsTSTU sTSST 11TR C 1212 RRR 2220lg20lg 120lg 1LTT arctgarctgT

7、T 221arctg1TT 1mT 1111lglglg2TTT 1arctg2m 1arcsin1m sin1sin1mm 1SSeKv 11200.05SSKve 20(0.51)G jjj 18 220(j)(j)110.25cccGH 6.1686.2(rad/s)c 1sin1sinmm 11,TT m 11TT 与与1mT 111112111mTjj TjTj ()6.02(dB)mG j 9.5(rad/s)cm 22020lg6.0210.25cc 10.259.54.75(/)Crad sT 19.519(/)0.25Crad sT 10.211()4.75Ts 10.053

8、()19Ts 0.25(0.2111)()0.0531CSGSS 140.25K 0.21114.74()()40.053118.87CCSSGSGSKSS 1610.21121.1(k)10 10TRC 212RRR 27(k)R X(s)Y(s)+-1+0.2111+0.053ss 20(1+0.5)ss 图图 8-15 校正后的系统框图校正后的系统框图 1()11()1()oiSUSTSTU STSST 22TR C 1221RRR 2220lg 120lg 1LTT arctgarctgTT 221arctg1TT 1mT 1arctg2m 1arcsin1m sin1sin1mm X

9、(s)Y(s)+-15.73K 0.5(1+0.05)(1+0.02)sss 图图 8-25 位置随动位置随动系统框图系统框图 26.19K 3110K 5.73 61.9 0.5 0.1()(10.05)(10.02)17.7(10.05)(10.02)G sSSSSSS 100.0873ssReKK 114.5(41.2dB)K 41.22516.2(dB)K20lg16.2(dB)6.45 111,210cT 14(/)crad s 111147 1.4(/)210rad sT 11.4(/)rad sT 0.7()Ts 11.40.22(/),4.5();6.45rad sTsT 6.45(0.71)()4.51cSG sS 210Cf 22TR C 2620.770(k)10 10TRC 1380(k)R 114.5(10.7)()()(10.05)(10.02)(14.5)csG sG sssss