自动控制原理教学课件第6章.ppt
信通学院信通学院1第6章 控制系统的校正自动控制理论主要完成：（1）系统分析 系统分析是在建立数学模型的基础上分析控制系统的性能。方法：时域法、根轨迹法、频率特性（2）系统综合(经典控制理论称为校正)是一种原理性的局部设计,即在系统的基本部分,通常是受控对象、执行机构和测量元件等主要部件已经确定的条件下，设计校正装置的传递函数和调整系统放大系数，使系统的动态性能指标满足一定的要求。信通学院信通学院6.1 系统校正概述 在系统分析的基础上，引入某些参数可以根据需要而改变的辅助装置，来改善系统的性能，这里所用的辅助装置又叫校正装置校正装置。系统校正：系统校正：一般说来，原始系统除放大器增益可调外，其结构参数不能任意改变，有的地方将这些部分称之为“不可变部分”。这样的系统常常不能满足要求。如为了改善系统的稳态性能可考虑提高增益，但系统的稳定性常常受到破坏，甚至有可能造成不稳定。为此，常常引入校正装置，改变系统结构，进一步提高系统的性能，使系统满足指标要求。2 信通学院信通学院一、校正的基本方式有三种：（1）串联校正 （2）并联校正 （3）反馈校正3 信通学院信通学院（1）串联校正4 信通学院信通学院（2）并联校正5 信通学院信通学院（3）反馈校正6 信通学院信通学院(4)复合控制校正方式7 信通学院信通学院v,paKKKst二、控制系统的性能指标（校正依据）（1）稳态性能指标 稳态误差系数 。反映系统控制精度（2）暂态性能指标 时域指标：调整时间 最大超调量 频域指标：开环 闭环%p8ch、brrM、信通学院信通学院开环频域指标：截止频率（幅值穿越频率）相稳定裕度 模稳定裕度h9c 信通学院信通学院闭环频域指标：频带 谐振频率 谐振峰值10rrMb 信通学院信通学院%,prM,scbt 直接或间接反映了系统暂态响应的快慢快慢。直接或间接反映了系统暂态响应的振荡振荡剧烈程度剧烈程度11 信通学院信通学院3(5%)snt 21%100%pe42424122arctan412cn 二阶系统指标互换：（1）时域指标（2）开环频域指标（3）闭环频域指标2242(1 2)244121bnrM12 信通学院信通学院13原系统频率特性+校正装置频率特性=希望频率特性 串联校正包括：超前、滞后、滞后-超前三种形式。6.2 串联校正0()()()c 0()()()cLLL超前校正：()0c()0cL 信通学院信通学院6.2.1 超前校正1、超前网络221212111221()1()1()11ociE sRRRCsG sRE sRRRRCsCsRRRRCs14 信通学院信通学院1212122,1R RRRCT aRRR11()1caTsG saTs1()1caTsaG sTs令为研究方便a11a1a 开环增益下降 倍，因此需提高增益加以补偿。称为深度系数称为衰减系数15 信通学院信通学院1()(1)1caTsaG saTs的频率特性曲线16 信通学院信通学院特点：（1）120lg20lg1THaaT高度幅度拉多高与a（倍频比）有关（2）22(1)()arctan()arctan()arctan1TaaTTaT()0tan()0dddd 222222 2(1)(1)(1)01(1)1mdTaT aaTdaTaTaT位于两个转折频率几何中点17 信通学院信通学院m221m(1)-1tan()=121arcsin11 sin1 sin()10lgmaTmmmTaaaTaaaaLa 可得：18 信通学院信通学院特点：（1）相角超前，幅度增加（2）一级超前网络最大超前角为60度（3）较常采用5a10（20）,最有效 ,效率较高，当a20，随a值增加变化较小，同时衰减严重。m19(5,10)a 信通学院信通学院2 串联超前校正实质利用超前网络相角超前特性提高系统相角裕度20 信通学院信通学院超前校正步骤：*0000*m*0*m0m*0,12,(,)3aT,(=)-()=10lg()14=+1=arcsin1ssccssccccccmmccceeKLaLTaaa设给定指标（根据设计）（）由（）求出未校正系统的均不满足指标（）根据，确定 和令（）验算指标：（）其中：（）未校正系统在的相角裕度21若不满足要求，重新选择 （增加 ），重复以上步骤mm1()1caTsG sTs 信通学院信通学院*m0*0()0?180()?=(510)1sin1sin(10lg-()1ccmmccmLaaLTa 根据设计时的步骤：（1）（2）求出（3）求出 （4）验算指标22 信通学院信通学院 6-2设控制系统如图所示，若要求系统在单位设控制系统如图所示，若要求系统在单位斜坡输入信号作用时，位置输出稳态误差斜坡输入信号作用时，位置输出稳态误差 ,开环系统截止频率开环系统截止频率 ，相角裕度，相角裕度 ，幅值裕度幅值裕度 ，试设计一个超前校正网络。，试设计一个超前校正网络。0.1sse*-14.4rad sc*45*10dBh 23信通学院信通学院解：（1）10.1,10sseKK取010()(1)G ss s（2）00200*00020lg1020lg1()20lg1040lg120lg1040lg0103.164.4180()18090arctan18cccccL 求得：24信通学院信通学院*034.4()20lg1040lg5.7dB10lg5.7dBa=3.710.1181 0.44()1 0.118mccmmcLaTasG ss（）采用超前校正取得0*0*010(0.441)(4)()()(1)(0.1181)1arcsin351()180()90arctan4.413()4845 cmccmcsG s G ss ssaa 幅值裕度仍为因此指标满足要求。25信通学院信通学院26信通学院信通学院练习为满足要求的稳态性能指标，一单位反馈伺服系统为满足要求的稳态性能指标，一单位反馈伺服系统的开环传递函数为的开环传递函数为 试设计一个无源超前校正网络，使已校正系统的相角裕度不小于 ，截止频率不低于，截止频率不低于50rad/s50rad/s。200()(0.11)G sss45270*44.745131042567/,0.00670.0331()0.00671cmccarad s TsG ss 答案：
