【正文】 SSGSGSG C2021/6/17 21 1 5 0 1 0 0 5 0050100Magnitude (dB)101100101102103104105 2 7 0 2 2 5 1 8 0 1 3 5 9 0Phase (deg)B o d e D i a g r a mF r e q u e n c y ( r a d / s e c )校正以后的 BODE圖 2021/6/17 22 確定開環(huán)增益 K 穩(wěn)態(tài)誤差的要求 畫出未校正系統(tǒng)的波特圖 ,并求 ?m? ? ? ? ?? ???? ? ? ? ?校 正 后 校 正 前補 償mma??s in1s in1?????? 10~5???? 20~15?未校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性在截止頻率處的斜率為 40dB/dec 60dB/dec 求未校正系統(tǒng)幅值為 10lga處的頻率 mc ?? ???am?? ?1 am?? ?2滿足要求？ ? 結(jié)束 Y N 2021/6/17 23 滯后校正及其參數(shù)確定 設(shè)計指標 ：穩(wěn)態(tài)誤差和相角裕度 補償原理 ：利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻衰減特性，使系統(tǒng)校正 后 截止頻率下降 ，從而獲得足夠的相角裕度 。 1000K ?T,?? 繪制未校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性； ? 求出幅穿頻率 ，及對應(yīng)相角 ? 即 ，求出超前校正裝置的最大相角 ? 由 求出 00 ( ) 18 0CGj ?? ? ?100C? ?039。 ?低頻段的增益滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求； 53 串聯(lián)校正及其參數(shù)的確定 2021/6/17 16 設(shè)某一控制系統(tǒng)不可變部分的傳函為 ))(()(0 ??? SSSkSG對該系統(tǒng)的要求： （ 1）系統(tǒng)的相角裕角 （ 2）在速度信號 作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，不大于 。為此，要求校正網(wǎng)絡(luò)最大的相位超前角出現(xiàn)在系統(tǒng)的截止頻率（剪切頻率）處。 有源校正網(wǎng)絡(luò) R C R R 2021/6/17 14 －滯后校正 請同學們根據(jù)上面的有源網(wǎng)絡(luò)推導出它們的傳遞函數(shù)。此外，復雜網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和調(diào)整也不方便。 ?? ba r c t gcc ??1( ) , 0 11cb TsG s bTs?? ? ???? 0?j??1??cz??1??cp2021/6/17 10 1, ?? Tb101100101102 2 0 1 5 1 050101100101102 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 00無源滯后網(wǎng)絡(luò)特性 bT1T1m?blg20m?2021/6/17 11 是前兩種網(wǎng)絡(luò)的綜合。cbT?? )]1([)( 39。 1Rru cu2RCbTm1??bbm ???11a rc s in?101 39。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。 如果在某頻域范圍內(nèi)校正裝置有負的相位特性，而在另一頻域范圍內(nèi)則具有正的相位特性稱滯后 超前校正裝置，對應(yīng)的校正稱 ” 滯后 超前校正 ” 。 如果校正裝置具有負的相角特性，即輸出信號m(t)在相位上滯后輸入信號，稱為滯后校正裝置。 2021/6/17 3 如果校正裝置具有正的相角特性，即輸出信號m(t)在相位上超前輸入信號，稱為超前校正裝置。若不滿足要求，必須通過調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)或增加新的環(huán)節(jié)使性能得到改善。 補償 的實質(zhì) 是在原有系統(tǒng)中增加合適的校正裝置，引進新的零點、極點以改變原系統(tǒng)的系統(tǒng) Bode圖的形狀，使其滿足系統(tǒng)性能指標要求。2021/6/17 1 第五章 控制系統(tǒng)綜合校正的傳統(tǒng)方法 51 系統(tǒng)校正的概念 52 校正環(huán)節(jié)的硬件實現(xiàn) 53 串聯(lián)校正及其參數(shù)的確定 54 PID及改進的 PID控制 55反饋校正 56復合校正 2021/6/17 2 校正的概念 系統(tǒng)校正的概念 控制系統(tǒng)的補償 （或 校正 ） ： 根據(jù)工程上對系統(tǒng)的要求，合理地確定校正裝置的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)的過程稱為系統(tǒng)的校正。為改善系統(tǒng)性能所增加的環(huán)節(jié)稱為校正裝置。 常見的 補償方式 有：串聯(lián)補償、反饋補償和復合補償 控制系統(tǒng)的設(shè)計 ：是根據(jù)工藝要求，確定控制系統(tǒng)的設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)，合理選擇執(zhí)行機構(gòu)、功率放大器、檢測元件等組成控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)上 增加新的環(huán)節(jié) 是改善系統(tǒng)性能的主要手段 。用此種裝置對系統(tǒng)進行校正，稱 “ 超前校正 ” 。用此種裝置對系統(tǒng)進行校正，稱 “ 滯后校正 ” 。 超前校正和滯后校正 系統(tǒng)校正的概念 2021/6/17 4 根軌跡法 頻率響應(yīng)法 計算機輔助計算 校正裝置的設(shè)計方法 系統(tǒng)校正的概念 誤差性能指標 時域動態(tài)性能指標 開環(huán)頻域指標 閉環(huán)頻域指標 性能指標 2021/6/17 5 一般而言，當控制系統(tǒng)的開環(huán)增益增大到滿足其靜態(tài)性能所要求的數(shù)值時，系統(tǒng)有可能不穩(wěn)定，或者即使能穩(wěn)定，其動態(tài)性能一般也不會理想。 52 常用校正裝臵及其特性 無源校正網(wǎng)絡(luò) 有源校正網(wǎng)絡(luò) 超前校正 滯后校正 滯后超前校正 無源校正網(wǎng)絡(luò) 2021/6/17 6 10 , 1T? ??102101100101051015201021011001010102030405060aT1T1m?alg20alg10m?1( ) , 11cTsGsTs? ?????1m T? ??11a r c s in12m a r c tg??????????1 sin1 sinmm??????( ) 20 l g 10 l gmL ? ? ???rucu1R2RC?? ?1??cz ??1??cp2021/6/17 7 1( ) , 11cTsGsTs? ?????rucu1R2RC? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?22222221101111111marc t g T arc t g TdTTd TTTTTTT? ? ? ? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???????? ? ? ? ?????? ? ???? ? ???， 求 的 極 值 ：則211111mmmTTTTT?????????另 外 ， 實 際 上 點 是 頻 率 點 和 的 集 合 中 心 點 ，利 用 幾 何 中 心 點 的 定 義 可 以 得 知 ：2021/6/17 8 1( ) , 11cTsGsTs? ?????11a r c s in12m a r c tg??????????rucu1R2RC? ?? ? ? ?11111si n si n c os c os si n111 1 1 111mmmarc t g T arc t gTTTarc t g arc t garc t g arc t g arc t g arc t g? ? ? ?????? ? ?????? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? 1 sin1 sin mm??????( ) 20 l g 10 l gmL ? ? ???2021/6/17 9 如果系統(tǒng)在幅穿頻率處的相位滯后角度過大，難以用超前環(huán)節(jié)校正，或系統(tǒng)可以具有較小的幅穿頻率，這是可以考慮采用之后校正環(huán)節(jié)校正系統(tǒng)性能。39。39。 －滯后校正 1Rru cu2R1C2C)1)(1()1)(1()(?????????jaTjaTjTjTsGbabac滯后 超前 2021/6/17 12 102101100101102103 2 0 1 5 1 050102101100101102103 6 0 4 0 2 00204060無源滯后 超前網(wǎng)絡(luò)頻率特性 aa?a? b? ba???dB?)(??)(?L1?2021/6/17 13 實際控制系統(tǒng)中廣泛采用無源網(wǎng)絡(luò)進行串聯(lián)校正，但在放大器級間接入無源校正網(wǎng)絡(luò)后，由于負載效應(yīng)問題，有時難以實現(xiàn)希望的規(guī)律。因此，需要采用有源校正裝置。 R2 C1 C2 R1 R1 C R2 2021/6/17 15 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： 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。 ?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