控制系统的校正

第六章线性系统的校正方法§6-1系统的设计和校正问题§6-2串联校正§6-3反馈校正§6-4系统串联校正的理论设计§6-5频率法在校正中的应用§6-1系统的设计和校正问题1、校正(1)、概念：如果原系统不能满足各项性能指标的要求，为了改善，在系统中引入一些附加装置，以满足要求。该引入的装置即校正装置。(2)、任务：已知原有系统和要求的性能指标，设计校正装置。2、校正方法：(1)、串联校正:加在前向通道误差之后，放大环节之前串联校正+×+G—×G1G2×—H反馈校正(2)、反馈环节：有局部反馈、全部反馈、正反馈、负反馈(3)、前置校正(4)、干扰校正前置校正+×+干扰校正+×G1G2×—H+用户用性能指标来表达对控制系统的要求（定性、定量、部分定性+部分定量）具体：1、时域指标超调量Mp、调节时间ts、位置误差Kp、速度误差Kv，加速度误差Ka、阻尼比ζ2、频域指标剪切频率ωc、频带宽度ωb、相位裕度γ、幅值裕度Kg、峰值Mr提出的指标要适当考虑3、性能指标合理性可行性经济性若过高，则达不到要求；或系统造价高4、设计步骤(1)、系统建模（辨识）(2)、根据要求，选择校正装置（能体现校正传递函数的物理装置），可以是机械、电气、气动、液压、混合的，一般电气首选；(3)、做样件（或软件仿真）；(4)、调整参数、修改结构（调试）；(5)、完成校正的核心：选择合适的校正数学模型BACK§6-2串联校正超前校正滞后校正滞后－超前校正PID调节器（校正器）1、超前校正(1)、校正模型2121212*11)(RRRCSRRRRCSRsG1(复阻抗法)令：,1TCR1212RRR11)(TSTSsGCR1R2模拟电路（无源）另：机械装置：有源电子装置：CR1Uo－+R0R2R3R4UiF(t)xf1f2kR2R3R42.校正分析？（求极值）、mmddm令：0111SinmTm1超前校正环节Bode图L20lgαφωω1/T1/αTφmωm应用：1/T1/αTωc1ωc2ωωφL-π讨论：1.校正前：不稳定系统（一次穿越）；校正后：稳定;2.中频段：校正前：-40dB；校正后：-20dB;3.ωc变宽，快速性提高；*α1增益有衰减，用串联放大补偿到1，补偿后，原低频段不变。串联校正基本原理：利用超前校正网络的相角超前特性来增大系统的相角裕度，以改善系统的动态特性。2、滞后校正(1)、校正模型：CR1R211)(2221CSRRRRCSRsG2CRTRRR2221,1设：11)(TSTSsG则：模拟电路（无源）另：有源电子模拟装置－+CR1UoR0R2R3Ui(2)、校正分析：Lφωω1/βT1/T滞后校正环节bode图Lφ-π/2-πωω1/βT1/Tγωc2ωc1应用分析：1.校正前：临界稳定；校正后，相位裕度为γ；2.ωc变窄，牺牲快速性；3.校正后有γ，可以再提高K，增加精度。滞后校正基本原理：利用校正装置的高频幅值衰减特性，使系统剪切频率下降，提高相角稳定裕度。3、滞后、超前校正低频段加滞后（精度、平稳性）中频段加超前（快速性）(1)、模拟电路：C1R1C2R2212)(ZZZsGSCRSCRSCRSCRSCR2122112211)1)(1()1)(1()1)(1()1)(1(2121STSTSTST222111,CRTCRT1,21TT且：滞后超前校正的Bode图：•无源RC网络，常因负载效应，对原系统影响较大，一般采用有源RC网络。而工程上，采用现成产品------PID调节器Lφωω1/βT21/T21/T1β/T14、PID调节器（校正器）(1)、PD调节器（比例+微分）CR1Uo－+R0R2R3Ui)1()(STKpsGD,132RRRKpCRRRRTD3132具有超前校正特性L(ω)/dB20dB/dec20lgKp0D1TKp1(2)、PI调节器（比例+积分）UiCR1Uo－+R2R0)11()(STKsGIpCRTRRKIp212,Kplg20L(ω)/dBIT1具有滞后校正特性，且：增加了一个积分环节，精度提高了一级。(3)、PID调节器（比例+积分+微分）具有滞后－超前校正特性)11()(STSTKpsGDIC2R0Uo－+RR1R2R3UiC1R4L(ω)/dB11T21TBACK§6-3反馈校正1、常见校正量(1)、被控量：速度、加速度、位移(2)、电量：电压、电流(3)、中间变量：由非电量电量2、联接方式R(s)×对象1对象2控制器××C(s)干扰1干扰2校正2-校正3-校正1-3、常用反馈元器件测速发电机压电式加速度传感器电流互感器正规产品4、反馈校正功能：改变被包围部件的动态参数；取代某些部件。5.反馈校正应用(1)、利用反馈改变结构和参数①比例反馈包围积分环节滞后环节×K/SKH-+G')(11'一阶滞后环节HHKKSKG例：液位控制系统缺项，结构不稳定，用代替则：)1(K1STSmS0K-S0K0m0KKSK0123mKKSSTD(S)100m2m0m3m'KK)SKKT1ST(S)DKKS（解：mK-②比例环节包围阶滞后（惯性）环节阶滞后（T减小）G'1TSK×KH-+)(111'一阶滞后环节SKKTKKKGHH③微分环节包围惯性环节一阶滞后环节(T增大)G'1TSK×KtS++)(1)('一阶滞后环节SKKTKGt4、微分包围二阶振荡环节振荡环节（ζ增大）×KtS-+1222TSSTK)(1)2('22振荡环节SKKTSTKGt微分环节实际使用中，很难得到，可近似为：)10~10(14211TSTKtS称微分反馈KS为速度反馈；称KS2反馈为加速度反馈。(2)、利用反馈校正取代局部结构×G1H1-+1111'HGGG—深度负反馈—则当1111',1HGHG，消除如温漂等影响；取代用11GH。减少干扰：屏蔽、接地BACK§6-4系统串联校正的理论设计即：校正装置的选择。对已有系统进行估算—与用户要求比较——若不行，则校正之找典型模型：如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型静态误差；低、高、中频处理，典型的二阶系统*以二阶I型为例二阶参数模型在时域中：222)(2nnnSSs,%21eMp)8.0(3nst图3-13，3-14，3-16在频域中：谐振峰：2121Mr221nr峰值频率：BACK§6-5频率法在校正中的应用例：单位负反馈系统，dBKv10L,50,20Kg求超前校正装置。解：1、开环增益2K*，,201*2*210KSKLimKvvS10*K2)S(S4Ks)(G*2、画Bode图：γLφ-π/2-πωω110100γ=17°，Lkg=∞263、校正：在中频段加超前校正（γ不够）385,33，共加余量24.0,11arcsin38m110,mT令,51101T201T120115111'SSTSTSG(原ωc=6)Lφ-π/2-πωω1101005新γ20例2：×)2(4SS_1p2045.1,5MSKvts，秒％％要求：求滞后-超前校正装置。424)(2SSs5.0,2n)%(5.6%21不合格eMp)(45.10.30.3不合格nst)(202424200不合格SSLimSGHLimKvSS1.校验：2、做Bode图：12Lω3、期望值、低频段：a10vSSKLimKv0,0v201,KvK2,vS20低频段为、中频段：b%3.4%,707.0pM则1.23snt5.147.1707.0nc321c（原来K不够大。）C、低频与中频的联接：，）～选（3.05.12.02.01.0c的线与低频相连以此做]40[0.1120.330.0354020)131)(1035.01()13.01(20)('SSSSsG131121)1035.01()13.01(10')(SSSSGGsGc——期望特性设计法期望特性：0.030.32320校正环节:如性能指标以Mr、ωb等给出，则由换算公式折算成ωc、ω1以上都是单位反馈，如非单位反馈，另做处理；系统是最小相位系统，稳定是前提。讨论：谢谢观看！！！