第7章线性控制系统的校正方法73-74

LOGOHarbinEngineeringUniversity1HarbinEngineeringUniversity第7章线性控制系统的校正方法LOGOHarbinEngineeringUniversity第7章线性系统的校正方法主要内容7.2校正装置中的基本控制规律※7.3串联校正7.4反馈校正7.1系统的设计与校正概述√7.5复合校正（复合控制）LOGOHarbinEngineeringUniversity7.3※串联校正（P348）()Rs()Cs()Gs)(sGc)(sH※基于频率法的串联校正基于根轨迹法的串联校正串联校正方法？•性能指标以时域特征量给出时（补充）•性能指标以频域特征量给出时。｛LOGOHarbinEngineeringUniversity•一、基于频率法的串联校正概述根据性能指标要求，设计校正装置使校正后系统开环频率特性：1）※低频段的开环增益和型别，满足稳态性能要求；2）※中频段的幅频特性斜率为-20dB/dec，并具有较宽的频带，满足动态性能要求；3）高频段要求幅值迅速衰减，以削弱噪声的影响。（若原系统高频部分已满足要求，则保持高频段不变以简化校正装置）。※7.3串联校正1.设计实质---三频段理论例:dB32141c()L20/dBdec例:dB32141c()L20/dBdecLOGOHarbinEngineeringUniversity※7.3串联校正※※基于频率法的串联分析法校正基于频率法的串联综合法校正2.设计思路※基于频率法的串联校正基于根轨迹法的串联校正｛()Rs()Cs()Gs)(sGc)(sH｛串联滞后—超前校正串联滞后校正串联超前校正根据性能指标按经验设计校正装置按期望性能指标确定期望的开环特性，然后与原开环特性比较•一、基于频率法的串联校正概述LOGOHarbinEngineeringUniversity1T1Tm)(Lm1T1T()1.超前校正装置(P348)1()(1)1cTsGsTs20lg11arcsin12marctg()10lgmL20/dBdec0901mT※7.3串联校正()dB0()•二、基于频率法的串联超前校正---P348超前相角与什么有关？()0()ccGjLOGOHarbinEngineeringUniversitym与,,20lgm2()131m2m3m11arcsin12marctg1mT1()(1)1cTsGsTsm1.超前校正装置(P348)※7.3串联校正二、基于频率法的串联超前校正1m2m3m结论：o()123演示越大越好吗？LOGOHarbinEngineeringUniversity•1）目的：利用超前校正装置相角超前特性提高系统的相角裕度，改善系统动态性能--中频区；•2）补偿原则：。•3）典型设计指标：稳态误差（开环增益）相角裕度剪切频率(必须满足)。0ccKcsse•二、基于频率法的串联超前校正---P348※7.3串联校正2.串联超前校正设计原理1()(1)1cTsGsTsmcLOGOHarbinEngineeringUniversity3）根据校正后系统性能指标和的要求，初选，并令确定校正装置应提供最大超前相角（不超过）：2）利用已确定开环增益K，计算待校正系统的。若，则判断用超前校正。1）根据校正后系统的稳态性能指标要求，确定其低频段。即确定系统的开环增益和型别。3.串联超前校正步骤K00[()180(5~10)(5~10))](mccjGj•二、基于频率法的串联超前校正※7.3串联校正cc0600()Gj0cc0cmcLOGOHarbinEngineeringUniversity4)※由计算超前校正装置的2个参数和：从而确定超前校正装置1sin1sinmm1()(1)1cTsGsTsT1mTT•二、基于频率法的串联超前校正※7.3串联校正3.串联超前校正步骤mcLOGOHarbinEngineeringUniversity6).※※验算校正后系统的所有性能指标是否达到要求。若达不到，则重选参数(一般使值增大)，重复上述步骤。•二、基于频率法的串联超前校正※7.3串联校正3.串联超前校正步骤0()()()cGsGsGsmc5).确定高频段，一般斜率在-40dB/dec或-60dB/dec以上。（一般原系统高频部分已满足要求，此时保持高频段不变即可）---可略LOGOHarbinEngineeringUniversity例1（P354例7.4）设待校正系统开环传递函数为0()(0.0011)(0.11)KGssss试设计串联校正环节，使满足下列指标：①响应r(t)=Rt的稳态误差不大于0.001R（R为常数）；②截止频率；③相角裕度；④幅值裕度。165(/)crads45※7.3串联校正•二、基于频率法的串联超前校正()15gKdBdBLOGOHarbinEngineeringUniversitydB251110例1（例7.4）()L20lg|()|Gj0()(0.0011)(0.11)KGssss100410000.1354020/dBdec60/dBdec60/dBdec40/dBdec20/dBdec※7.3串联校正快速演示•二、基于频率法的串联超前校正0(0.01981)1000()()()(0.1(0.0011)(0.0011)91)cGsGsGssssss40/dBdec084.14c165c020lg|()|Gj251354011041000LOGOHarbinEngineeringUniversity•1）目的：利用超前校正装置相角超前特性提高系统的相角裕度，改善系统动态性能--中频区；•2）补偿原则：。•3）典型设计指标：稳态误差（开环增益）相角裕度截止（剪切）频率(必须满足)。0ccKcsse•二、基于频率法的串联超前校正※7.3串联校正1()(1)1cTsGsTsmc小结稳态性能不满足如何？LOGOHarbinEngineeringUniversity※基于频率法的串联校正基于根轨迹法的串联校正()Rs()Cs()Gs)(sGc)(sH※※分析法•综合法｛｛串联滞后-超前校正串联滞后校正串联超前校正回顾※7.3串联校正｛LOGOHarbinEngineeringUniversity090m()1T1T20lg-20dB/dec()L1arcsin1m1.滞后校正装置(P359)1mT•三、基于频率法的串联滞后校正---P3591(1)()1cTsGsTs1mT※7.3串联校正()0()ccGjLOGOHarbinEngineeringUniversity•三、基于频率法的串联滞后校正2.串联滞后校正设计原理2）补偿原则（P360）：利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，使校正系统的截止频率降下来。即。要求：最大滞后相角应远离截止频率。0cc1）目的：利用滞后校正装置幅值衰减特性挖掘系统自身的相角储备，提高系统稳态性能--低频区；3）典型设计指标：稳态误差（开环增益）相角裕度截止（剪切）频率(必须满足)0ccKcsse1(1)()1cTsGsTs0()cj※7.3串联校正LOGOHarbinEngineeringUniversity1）根据系统稳态性能指标，确定系统开环增益和型别。2）利用已确定开环增益K，计算待校正系统的，根据校正后和的要求，初选，从而判断校正装置：①如果，说明此时至少需串联滞后校正。此时，计算与对应。②如果，说明待校正系统动态性能已满足。同时满足①②，说明只需采用串联滞后校正。3.串联滞后校正步骤K0c0cc0()cGj000()180()ccjGj0()cjc※7.3串联校正•三、基于频率法的串联滞后校正c0()GjLOGOHarbinEngineeringUniversity3）确定滞后校正的参数和T从而确定滞后校正装置4）验算校正后系统的全部性能指标。若达不到要求，则修改，按上述步骤重新校正直至满足全部指标。1()(1)1cTsGsTs020lg|()|20lgcGj01|()|cGj或者※7.3串联校正•三、基于频率法的串联滞后校正3.串联滞后校正步骤T0()()()cGsGsGs0.11(~0.2)cT0.11(~0.2)cTLOGOHarbinEngineeringUniversity例2（P362例7.5）设待校正系统开环传递函数为0()(0.11)(0.21)KGssss试设计串联校正环节，使满足下列指标：①静态速度误差系数②截止频率；③相角裕度。2.5/crads40※7.3串联校正125vKs•三、基于频率法的串联滞后校正LOGOHarbinEngineeringUniversitydB10.02810例2（例7.5）()L20lg|()|Gj0()(0.11)(0.21)KGssss20/dBdec60/dBdec60/dBdec40/dBdec20/dBdec※7.3串联校正演示•三、基于频率法的串联滞后校正0(425()()()(0.11)(0.211)(361))cGsGsGssssss40/dBdec08.89c2.5c020lg|()|Gj20.2541010.0283510.010.151002520.2540/dBdec20/dBdecLOGOHarbinEngineeringUniversity举例3•三、基于频率法的串联滞后校正•例要求1）Kv=K=5；2）且中频段形状基本不变，以保持系统动态性能基本不变。LOGOHarbinEngineeringUniversity对比•基本上不影响原有动态性能，而使稳态性能提高。•利用滞后校正装置高频幅值衰减特性--低频区；•使系统带宽变小，系统的响应速度变慢。※7.3串联校正串联超前校正：•改善系统动态性能，而对稳态性能的改善很少；•利用超前校正装置相角超前特性--中频区；•使系统带宽变大，提高系统速度（P367）。串联滞后校正：0cc0()cj0cc且LOGOHarbinEngineeringUniversity112212(1)(1)()(1)(1)cTsTsGsTsTs超前部分迟后部分迟后-超前网络特点：幅值衰减，相角超前•四、※※基于频率法的串联滞后—超前校正(P367)1.串联滞后—超前校正装置11211T11T21T1TLOGOHarbinEngineeringUniversity串联滞后校正：保证动态性能基本不变情况下，提高系统稳态性能；利用滞后校正装置幅值衰减特性--低频区；串联超前校正：提高相角裕度，改善系统动态性能；利用超前校正装置相角超前特性--中频区；两者可以放在同一个系统中使用。•四、※※基于频率法的串联滞后—超前校正(P367)※7.3串联校正2.串联滞后—超前校正设计原理0cc0()cj且LOGOHarbinEngineeringUniversity1）根据系统稳态性能指标，确定系统的开环增益和型别。2）利用已确定开环增益K，计算待校正系统的，根据校正后和的要求，初选，判断采用何种校正装置。①如果，则只需串联超前校正;如果，则还需计算，并判断：