機械工程控制基礎(chǔ)概述(參考版)
2025-02-14 01:57本頁面
【正文】 第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正（ 5）比例（ PID）控制規(guī)律 具有比例 積分 微分控制規(guī)律的控制器，稱為 PID控制器。只要積分時間常數(shù)足夠大， PI控制器對系統(tǒng)的不利影響可大為減小。為可調(diào)比例系數(shù)開環(huán)極點，提高型別，減小穩(wěn)態(tài)誤差。不宜采第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正具有積分比例 積分控制規(guī)律的控制器，稱為 PI控制器。用單一的 I控制器。(614)輸出信號 與其輸入信號的積分成比例。在串聯(lián)校正時，可使系統(tǒng)增加一個 的開環(huán)零點，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。第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正 PID基本控制規(guī)律（ 1）比例（ P）控制規(guī)律(612) （ a） P控制器(b) PD控制器（ 2）比例 微分（ PD）控制規(guī)律(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。當(dāng)未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，且對校正后的系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能 (響應(yīng)速度、相位裕度和穩(wěn)態(tài)誤差 )均有較高要求時，顯然，僅采用上述超前校正或滯后校正，均難以達到預(yù)期的校正效果。第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正串聯(lián)滯后 超前校正，實質(zhì)上綜合應(yīng)用了滯后和超前校正各自的特點，即利用校正裝置的超前部分來增大系統(tǒng)的相位裕度，以改善其動態(tài)性能；利用它的滯后部分來改善系統(tǒng)的靜態(tài)性能，兩者分工明確，相輔相成。如果要求校正后的系統(tǒng)既有快速的瞬態(tài)響應(yīng)，又有高的靜態(tài)精度，則應(yīng)采用滯后 超前校正。對于這種情況，宜對系統(tǒng)采用滯后校正。?對同一系統(tǒng)超前校正系統(tǒng)的頻帶寬度一般總大于滯后校正系統(tǒng)，因此，如果要求校正后的系統(tǒng)具有寬的頻帶和良好的瞬態(tài)響應(yīng)，則采用超前校正。串聯(lián)超前校正和串聯(lián)滯后校正方法的適用范圍和特點?超前校正是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性對系統(tǒng)進行校正，而滯后校正則是利用滯后網(wǎng)絡(luò)的幅值在高頻衰減特性；?用頻率法進行超前校正，旨在提高開環(huán)對數(shù)幅頻漸進線在截止頻率處的斜率 (40dB/dec提高到 20dB/dec)，和相位裕度，并增大系統(tǒng)的頻帶寬度。對此，在校正裝置設(shè)計時必須注意。由例 61知，校正后系統(tǒng)的截止頻率由未校正前的 9。 基于上述分析，可知串聯(lián)超前校正有如下特點：?這種校正主要對未校正系統(tǒng)中頻段進行校正，使校正后中頻段幅值的斜率為 20dB/dec，且有足夠大的相位裕量。因為校正后系統(tǒng)的截至頻率向高頻段移動。?中頻段的幅頻特性的斜率為 20dB/dec,并具有較寬的頻帶，這一要求是為了系統(tǒng)具有滿意的動態(tài)性能；?高頻段要求幅值迅速衰減，以較少噪聲的影響。第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正串聯(lián)校正超 前滯 后滯后 超前PID控制器第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正頻率法對系統(tǒng)進行校正的基本思路是：通過所加校正裝置，改變系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的形狀，即要求校正后系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性具有如下特點：（基于頻率響應(yīng)法）用頻率法對系統(tǒng)進行超前校正的基本原理，是利用超前校正網(wǎng)絡(luò)的相位超前特性來增大系統(tǒng)的相位裕量，以達到改善系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的目點。此外，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和調(diào)整也不方便。選擇滯后網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時，通常使網(wǎng)絡(luò)的交接頻率遠小于 一般取此時，滯后網(wǎng)絡(luò)在 處產(chǎn)生的相角滯后按下式確定將 代入上式(630)(631)第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正圖 613 b與 和 20lgb的關(guān)系 120lgbdB第六章 超前網(wǎng)絡(luò)圖 614 無源滯后 超前網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為設(shè)則有式 (632)表示為(632)a是該方程的解第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正圖 615 無源滯后 超前網(wǎng)絡(luò)頻率特性(633)第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正求相角為零時的角頻率? ? (634)的頻段，的頻段，當(dāng)校正網(wǎng)絡(luò)具有相位滯后特性校正網(wǎng)絡(luò)具有相位超前特性。滯后網(wǎng)絡(luò)怎么能提高系統(tǒng)的相角裕度呢？b與和 20lgb的關(guān)系如圖 613所示。之間的輸入信號有明顯的微分作用，在該頻率范圍內(nèi)第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正20dB/dec第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正由 (621) (624)(622)(623)故在最大超前角頻率處具有最大超前角正好處于頻率與 的幾何中心的幾何中心為即幾何中心為(625)最大超前角頻率求導(dǎo)并令其為零第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正(a)頻率特性20dB/dec第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正 (626) 但 a不能取得太大 (為了保證較高的信噪比 ),a一般不超過 20這種超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大相位超前角一般不大于 ,如果需要大于 的相位超前角，則要在兩個超前網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)來實現(xiàn)，并在所串聯(lián)的兩個網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負載效應(yīng)。由于)的數(shù)值，第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正? 對應(yīng)式 (619)得(620)畫出對數(shù)頻率特性如圖 610所示。第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正 假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)信號源的阻抗很小，可以忽略不計，而輸出負載的阻抗為無窮大，則其傳遞函數(shù)為圖 68無源超前網(wǎng)絡(luò)時間常數(shù)分度系數(shù)(618)(a) (b)與課本上形式不同而已 !第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正時間常數(shù)分度系數(shù)(618)注： j采用無源超前網(wǎng)絡(luò)進行串聯(lián)校正時，整個系統(tǒng)的開環(huán)增益要下降因此需要提高放大器增益加以補償(619)倍圖 69帶有附加放大器的無源超前校正網(wǎng)絡(luò)此時的傳遞函數(shù)第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正?超前網(wǎng)絡(luò)的零極點分布故超前網(wǎng)絡(luò)的負實零點總是位于負實極點之右，兩者之間的距離由常數(shù) 決定。在這種情況下，需在系統(tǒng)的前向通路中增加超前校正裝置，以實現(xiàn)在開環(huán)增益不變的前題下，系統(tǒng)的動態(tài)性能亦能滿足設(shè)計的要求。帶寬頻率是一項重要指標(biāo)。 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 第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正(1)二階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系諧振頻率帶寬頻率截止頻率相位裕度 (65)諧振峰值 (61)(62)(63)(64)超調(diào)量 調(diào)節(jié)時間 (67)(66)1234567第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正諧振峰值超調(diào)量調(diào)節(jié)時間(2)高階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)(68)(69)(610)123第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正 既能以所需精度跟蹤輸入信號，又能擬制噪聲擾動信號。工程實踐中常用的校正方法，串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正 在實際過程中，既要理論指導(dǎo)，也要重視實踐經(jīng)驗，往往還要配合許多局部和整體的試驗。掌握了這些基本方法，
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