反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(1)(編輯修改稿)
2025-02-03 04:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 開環(huán)增益系數(shù) K → 由開環(huán)參數(shù)分析閉環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差和根軌跡 （附加）開環(huán)零、極點(diǎn) → 由開環(huán)參數(shù)分析閉環(huán)根軌跡 Nyquist判據(jù) → 由開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)穩(wěn)定性 Nicolis圖 → 由開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)頻率特性 c??gK82 控制系統(tǒng)校正的概念 為什么需要校正？ 設(shè)計出滿足設(shè)計要求的控制系統(tǒng)，是前面學(xué)習(xí)系統(tǒng)描述和系統(tǒng)分析的落腳點(diǎn)！ 先回顧一下學(xué) 過的例題 。 例 （比例調(diào)節(jié)）： 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 )(5)(??ssKsG A 設(shè)系統(tǒng)的輸入為單位階躍函數(shù)，試計算放大器增益 KA=200時，系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動態(tài)性能指標(biāo)。當(dāng) KA 增大到 1500 ，或減小到 ，系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)如何 ? 0246 81 0 1 21 41 6 1 80 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 21 . 4)1 5 0 0( ??AK?)20 0(54 ??AK?)( ??AK?t()yt 可見，不能通過調(diào)整增益 K，使閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)同步減小。 參數(shù)調(diào)節(jié)的能力是有限的。 優(yōu)化控制對象是設(shè)計控制系統(tǒng)的首選。 但是！ 當(dāng) 單純調(diào)節(jié)對象的參數(shù)無法達(dá)到控制目標(biāo)，或者不便于直接調(diào)整對象參數(shù)時，我們就必須采用校正的手段來修正系統(tǒng)的響應(yīng)性能。 定義及校正方式 [定義 ] 所謂校正，就是給系統(tǒng)附加（新加）一些具有典型環(huán)節(jié)特性的電網(wǎng)絡(luò)、模擬運(yùn)算部件及測量裝置等（校正裝置），靠這些環(huán)節(jié)的配置來有效地改善整個系統(tǒng)的性能，以達(dá)到要求的指標(biāo)。 [方式 ] （ 1）串聯(lián)校正 （ 2）反饋校正 （ 3）前饋校正 （ 4）干擾補(bǔ)償 串聯(lián)校正 控制器 被控對象 反饋校正 — — R Y — 前置校正 控制器 被控對象 R Y — 控制器 被控對象 干擾補(bǔ)償 R Y N 校正方式的選擇原則 常用的校正方式有 串聯(lián)校正 和 反饋校正 兩種 。校正方式的選擇取決于系統(tǒng)中的信號性質(zhì) ， 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方便性 ， 可供選擇的元件 ， 抗擾性要求 、經(jīng)濟(jì)性要求 、 環(huán)境使用條件以及設(shè)計者的經(jīng)驗等因素 。 串聯(lián)校正設(shè)計比反饋校正設(shè)計簡單 ， 也比較容易對信號進(jìn)行各種必要的變換 ， 因此 ， 特別是在教學(xué)中 ， 更偏向于 采用和講解串聯(lián)校正 。 在性能指標(biāo)要求較高的控制系統(tǒng)設(shè)計中 ， 通常兼用串聯(lián)校正與反饋校正兩種方式 。 設(shè)計方法 在控制系統(tǒng)設(shè)計中 ， 一般依據(jù)性能指標(biāo)的形式來決定應(yīng)采用的方法 。 如果性能指標(biāo)以單位階躍響應(yīng)的峰值時間 、調(diào)節(jié)時間 、 超調(diào) 、 阻尼比 、 穩(wěn)態(tài)誤差等時域特征量給出時 ， 一般采用 根軌跡法設(shè)計校正 ； 如果性能指標(biāo)以系統(tǒng)的相角裕度 、 幅值裕度 、諧振峰值 、 閉環(huán)帶寬等頻域特征量給出時 ， 一般采用頻率法設(shè)計校正 。 目前工程技術(shù)界多習(xí)慣采用頻率法 ， 故常常要通過 近似公式 進(jìn)行兩種指標(biāo)的互換 。 83 常用校正裝置及其特性 無源 超前 網(wǎng)絡(luò)（ 微分型 ） 傳遞函數(shù)為： 1()1caTsaG sTs??? R2 R1 V2 V1 21() 11( ) 1Us aTsU s a Ts???即有： 122RRaR??其中： C CRR RRT2121?? 可以明顯看出：采用無源 超前 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時 ， 整個系統(tǒng)的開環(huán)增益要下降 a1 倍 。 設(shè)計校正網(wǎng)絡(luò)的零 、 極點(diǎn)時 ， 通常將因子 a單獨(dú)考慮 。 因此 ， 最后需要提高放大器增益來補(bǔ)償這種損失 。 閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡會向左調(diào)整 ， 有利于改善穩(wěn)定性和瞬態(tài)性能 （ 衰減系數(shù) ） 。 j 0 可以畫出 的 Bode圖。 11()1caTsGsa Ts???零、極點(diǎn)分布圖，附加開環(huán)零點(diǎn)占主導(dǎo)地位 ()ca G s?1m ZPTa? ? ? ?() 0dd??? ?1 12matga?? ??20db 45 90 ? ???w ? ? 22222 1lg201lg20 ??? TTaL ????? ? ???? TtgaTtg 11 ?? ??1/T 20lga 10lga m?m?m? 正好處在頻率 和 的幾何中心，此時有最大超前相
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