控制系統(tǒng)的校正(2)(已修改)
2025-05-11 07:49 本頁面
【正文】 1 第六章 控制系統(tǒng)的校正方法 2 基于一個控制系統(tǒng)可視為由控制器和被控對象兩大部分組成，當(dāng)被控對象確定后，對系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)際上歸結(jié)為對控制器的設(shè)計，這項(xiàng)工作稱為對控制系統(tǒng)的校正。 第六章 控制系統(tǒng)的校正 前面幾章討論了控制系統(tǒng)幾種基本方法。掌握了這些基本方法，就可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行定性分析和定量計算。 本章討論另一命題，即如何根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先給定的性能指標(biāo)，去設(shè)計一個能滿足性能要求的控制系統(tǒng)。 Design and Compensation Techniques 3 輸 出 量串 聯(lián)補(bǔ) 償 元 件放 大 元 件 執(zhí) 行 元 件 被 控 對 象反 饋補(bǔ) 償 元 件測 量 元 件局 部 反 饋為 改 善 系 統(tǒng) 性 能測量元件被控對象執(zhí)行元件局部反饋放大元件串聯(lián)補(bǔ)償主反饋反饋補(bǔ)償為改善系統(tǒng)性能輸入量 輸出量在實(shí)際過程中，既要理論指導(dǎo)，也要重視實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，往往還要配合許多局部和整體的試驗(yàn)。所謂校正，就是在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個特性發(fā)生變化，從而滿足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 工程實(shí)踐中常用的校正方法，串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。 4 目前，工業(yè)技術(shù)界多習(xí)慣采用頻率法，故通常通過近似公式進(jìn)行兩種指標(biāo)的互換。 系統(tǒng)的設(shè)計與校正問題 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 時域指標(biāo) 穩(wěn)態(tài) 型別、靜態(tài)誤差系數(shù) 動態(tài) 超調(diào)、調(diào)整時間 頻域指標(biāo) 開環(huán)頻率、閉環(huán)帶寬、諧振峰值、諧振頻率 增益穿越頻率、幅值裕度和相位裕度 5 (1)二階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系 201212 ????? ???rM諧振頻率 221 ??? ?? nr帶寬頻率 1)21(21 222 ????? ???? nb截止頻率 24 214( ???? ??? nc相位裕度 24 2142??????? a r c tg (65) 諧振峰值 (61) (62) (63) (64) 超調(diào)量 %100% 21 ?? ?????? e調(diào)節(jié)時間 nSt ??? ?? tgtSc7? (67) (66) 6 諧振峰值 ?sin1?rM超調(diào)量 )1( ????? rr MM?調(diào)節(jié)時間 csKt???)1()1( 2 ??????? rrr MMMK(2)高階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時域指標(biāo) (68) (69) (610) 7 既能以所需精度跟蹤輸入信號，又能擬制噪聲擾動信號。在控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，輸入信號一般是低頻信號，而噪聲信號是高頻信號。 帶寬頻率是一項(xiàng)重要指標(biāo)。 如果輸入信號的帶寬為 M?~0則 Mb ?? )10~5(? (611) 請看系統(tǒng)帶寬的選擇的示意圖 選擇要求 8 dB )( ?L0帶 寬?b?33?0?M?1?n?)( ?j?)( ?jR)( ?jN)0( j?)0(7 0 j?圖 61 系統(tǒng)帶寬的選擇 噪聲 輸入信號 9 校 正 方 式 串聯(lián)校正 )( sR )( sC)( sG)( sH)( sE)( sc?)( sG o反饋校正 )( sR)( sC)( sH)( sE)( sGo?)( sGc?校正裝置 校正裝置 前饋校正 復(fù)合校正 10 前饋校正 復(fù)合校正 )( sR )( sC)( sG)( sH)( sE?)( sG c)( sC)( sG)( sN)( sG c(b)前饋校正（對擾動的補(bǔ)償） (a)前饋校正（對給定值處理） ++R ( s ) E ( s )N ( s )C ( s )圖 3 2 6 按 擾 動 補(bǔ) 償 的 復(fù) 合 控 制 系 統(tǒng))(2sG)(1sG)( sGn11 (b) 按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制 )( sR )( sG)( sE)(1s )( sG )(2s)( sH)( sC)( sN)( sGc?反饋校正 不需要放大器，可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)波動對系統(tǒng)性能的影響 串聯(lián)校正 串聯(lián)校正裝置 有源 參數(shù)可調(diào)整 在性能指標(biāo)要求較高的控制系統(tǒng)中，常常兼用串聯(lián)校正和反饋校正 12 （ 1）比例（ P）控制規(guī)律 )()( teKtm p? (612) )( tr )( tm)( tc)( tepK )( sR )( sE )( sM)( sC)1( sK p ??（ a） P控制器 (b) PD控制器 （ 2）比例 微分（ PD）控制規(guī)律 dttdeKteKtmpp)()()( ??? (613) 提高系統(tǒng)開環(huán)增益，減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。 PD控制規(guī)律中的微分控制規(guī)律能反映輸入信號的變化趨勢，產(chǎn)生有效的早期修正信號，以增加系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在串聯(lián)校正時，可使系統(tǒng)增加一 個 ?1? 的開環(huán)零點(diǎn)，使系統(tǒng)的相角裕度提高，因此有助于系統(tǒng)動態(tài)性能的改善。 13 具有積分（ I）控制規(guī)律的控制器，稱為 I控制器。 ?? ti dtteKtm 0 )()( (614) 輸出信號 )(tm 與其輸入信號的積分成比例。 iK為可調(diào)比例系數(shù) )(te 消失后，輸出信號 )(tm有可能是一個不為零的常量。 ?90不宜采用單一的 I控制器。 （ 3）積分（ I）控制規(guī)律 )( sR )( sE )( sM)( sCsK iI控制器 當(dāng) 在串聯(lián)校正中，采用 I控制器可以提高系統(tǒng)的型別（無差度），有利提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能，但積分控制增加了一個位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，使信號產(chǎn)生 的相角滯后，于系統(tǒng)的穩(wěn)定不利。 14 具有積分比例 積分控制規(guī)律的控制器，稱為 PI控制
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