《串聯(lián)校正的設(shè)計(jì)》ppt課件

1、自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 6-5 串聯(lián)校正的設(shè)計(jì)串聯(lián)校正的設(shè)計(jì) 一、串聯(lián)相位超前校正一、串聯(lián)相位超前校正 利用相角超前特性來(lái)增大系統(tǒng)利用相角超前特性來(lái)增大系統(tǒng) 的相角裕度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使最大的超的相角裕度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使最大的超 前相位角盡能夠出如今校正后系統(tǒng)前相位角盡能夠出如今校正后系統(tǒng) 的剪切頻率處。的剪切頻率處。 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 設(shè)計(jì)串聯(lián)相位超前校正安裝的步驟：設(shè)計(jì)串聯(lián)相位超前校正安裝的步驟： 1 1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能目確實(shí)定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能目確實(shí)定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K K 2 2、繪制在確定、

2、繪制在確定K K值下的開(kāi)環(huán)伯德圖，計(jì)算其值下的開(kāi)環(huán)伯德圖，計(jì)算其 相角裕度相角裕度00 3 3、由要求的相角裕度、由要求的相角裕度，計(jì)算所需的超前，計(jì)算所需的超前 相角相角 205 00 4 4、計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)、計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù) m m m sin1 sin1 0 思索到校正安裝影思索到校正安裝影 響剪切頻率的位置響剪切頻率的位置 而留出的裕量而留出的裕量 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 5 5、確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率、確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率cc 未校正系統(tǒng)伯德未校正系統(tǒng)伯德 圖曲線上增益為圖曲線上增益為 10lg10lg對(duì)應(yīng)的頻對(duì)應(yīng)的頻 率為率為c

3、c。 那么有那么有mm cc 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 6 6、確定校正安裝的交接頻率、確定校正安裝的交接頻率 7 7、畫出校正后的伯德圖，驗(yàn)算相角穩(wěn)定裕、畫出校正后的伯德圖，驗(yàn)算相角穩(wěn)定裕 度能否到達(dá)要求，不滿足那么增大度能否到達(dá)要求，不滿足那么增大從第從第3 3 步重新計(jì)算步重新計(jì)算 8 8、驗(yàn)算其它性能目的，不滿足要求重新、驗(yàn)算其它性能目的，不滿足要求重新 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) m m 11 21 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 串聯(lián)相位超前校正設(shè)計(jì)舉例串聯(lián)相位超前校正設(shè)計(jì)舉例 )2( 4 )( ss K sGo 設(shè)一

4、具有單位反響的控制系統(tǒng)，其開(kāi)設(shè)一具有單位反響的控制系統(tǒng)，其開(kāi) 環(huán)傳送函數(shù)為環(huán)傳送函數(shù)為 要求設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正安裝，使系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正安裝，使系統(tǒng) 具有靜態(tài)速度誤差系數(shù)具有靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv等于等于20s-1， 相角裕度相角裕度不小于不小于50的性能目的。的性能目的。 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 L()L() 1 1 100100 2 2 0 0 20dB20dB 20lg2020lg20 -40dB/dec-40dB/dec -20dB /dec-20dB /dec c0c0 (2,x)(2,x) -10lg(1/)-10lg(1/) cc

5、(2(2，20lg(1/)20lg(1/) mm 11 22 (1(1，0)0) 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 1根據(jù)誤差等穩(wěn)態(tài)目的的要求，確定系 統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K 202 )2( 4 lim)(lim 00 K ss Ks ssGK s o s v 10K ) 15 . 0( 20 )2( 40 )( ssss sGo 解： 2畫出伯德圖，計(jì)算未校正系統(tǒng) Goj )的相角裕量 56.17)(18032. 6 00 1 0cc s 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 3由要求的相角裕度，計(jì)算所需的超前 相角 4056. 7

6、56.1750 00 217. 0 40sin1 40sin1 sin1 sin1 m m 4計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù) 5確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率 dB635. 6 217. 0 1 lg10 1 lg10 11 3 . 93 . 9 ss cmc 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 6確定超前網(wǎng)絡(luò)的交接頻率1、2 1 1 1 2 96.19 1 ,3 . 4 1 ss m m 7畫出校正后的伯德圖，驗(yàn)算相角穩(wěn)定 裕度 ) 1 96.19 ( ) 1 3 . 4 ( ) 15 . 0( 20 )()()( s s ss sGsGsG co 503 .52)(180 c

7、 為補(bǔ)償超前網(wǎng)絡(luò)衰減的開(kāi)環(huán)增益，放大倍 數(shù)需再提高1/倍。 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)bode圖校正系統(tǒng)bode圖 增益裕度： + 相角裕度：18 增益裕度： + 相角裕度：52.6 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的bode圖 相角裕度增大 00 c=9.1c=9.1 c0=6.2c0=6.2 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性比較 -3dB b0b 帶寬添加 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校

8、正線性系統(tǒng)的校正 調(diào)理時(shí)間縮短 超調(diào)量減少 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的單位階躍呼應(yīng)比較 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 1.系統(tǒng)穩(wěn)定 2.穩(wěn)態(tài)誤差稱心 3.瞬態(tài)呼應(yīng)不稱心 串聯(lián)超前校正順應(yīng)的系統(tǒng)串聯(lián)超前校正順應(yīng)的系統(tǒng) 串聯(lián)超前校正不順應(yīng)的系統(tǒng)串聯(lián)超前校正不順應(yīng)的系統(tǒng) 1.要求提供的相角裕度太大 2.未校正系統(tǒng)相角在所需剪切頻率 處急劇減小 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 校正安裝設(shè)計(jì)問(wèn)題校正安裝設(shè)計(jì)問(wèn)題 設(shè)一具有單位反響系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳送函數(shù)為： 要求設(shè)計(jì)校正安裝，使系統(tǒng)滿足以下性能目 的： ) 15 . 0)(1( )( s

9、ss K sGo 11 4 . 0405 ssK cv 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 0.10.1 2 2 0 0 20lg520lg5 cc 0 0 1 1 L()L() -20dB /dec-20dB /dec -60dB /dec-60dB /dec c=3.c=3. 8 8 10dB10dB 20dB20dB 30dB30dB -10dB-10dB -20dB-20dB -30dB-30dB -10lg(1/)-10lg(1/) 1010 -40dB-40dB -50dB-50dB -60dB-60dB 2=21.92=21.9 1=0.61=0

10、.6 9 9 -40dB /dec-40dB /dec 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和校正安裝的bode圖 =25.5=25.5 00- - 1313 c=3.5c=3.5 c0=1.8c0=1.8 1.要求提供的相 角裕度太大 2.未校正系統(tǒng)相 角在所需剪切頻 率處急劇減小 不適宜采用串聯(lián) 相位超前校正 =69.7 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性比較 -3dB b0b 帶寬添加 呼應(yīng)速度提高 但有時(shí)會(huì)呵斥抗噪才干下降 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章

11、線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 單位階躍呼應(yīng)比較 串聯(lián)相角超前校正系統(tǒng)未校正系統(tǒng) 雖然穩(wěn)定 但動(dòng)態(tài)性能差 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 串聯(lián)相位滯后校正設(shè)計(jì)串聯(lián)相位滯后校正設(shè)計(jì) 設(shè)一具有單位反響系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳送函數(shù)為： 要求設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正安裝，使系統(tǒng)滿足以 下性能目的： ) 15 . 0)(1( )( sss K sGo 11 4 . 0405 ssK cv 二、串聯(lián)相位滯后校正二、串聯(lián)相位滯后校正 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)bode圖 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校

12、正 0.10.1 2 2 0 0 20lg520lg5 -40dB/dec-40dB/dec cc 0 0 0.010.011 1 L()L() -20dB /dec-20dB /dec -60dB /dec-60dB /dec 20lg20lg -20dB /dec-20dB /dec 10dB10dB -10dB-10dB -20dB-20dB -30dB-30dB 20dB20dB 30dB30dB 40dB40dB 50dB50dB 2=0.1052=0.105 c=0.42c=0.42 -20lg-20lg 1=0.0091=0.009 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系

13、統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)bode圖校正系統(tǒng)bode圖 增益裕度：0.6增益裕度：6 相角裕度：-13相角裕度：43.4 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的bode圖 43.443.4 00-13-13 c=0.403c=0.403 c0=1.8c0=1.8 相角裕度增大 動(dòng)態(tài)性能改善 -12.8 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性比較 b0b -3dB 帶寬減小 調(diào)整時(shí)間增大 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 單位階躍呼應(yīng)

14、比較 校正系統(tǒng)未校正系統(tǒng) 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 串聯(lián)相位滯后安裝的作用串聯(lián)相位滯后安裝的作用 1、提高系統(tǒng)低頻呼應(yīng)的增益，減 少穩(wěn)態(tài)誤差。 2、使系統(tǒng)高頻呼應(yīng)的增益衰減， 提高系統(tǒng)的相角裕度，改善暫態(tài) 性能。 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 設(shè)計(jì)串聯(lián)相位滯后校正安裝的步驟：設(shè)計(jì)串聯(lián)相位滯后校正安裝的步驟： 1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能目確實(shí)定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K 2、繪制在確定K值下的開(kāi)環(huán)伯德圖，計(jì)算其 相角裕度0 3、求出伯德圖上的相角裕度為2=+的對(duì)應(yīng) 頻率，此頻率即為校正后系統(tǒng)的c。 2222 )(1801510 cc

15、 4、計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù) lg20)( 2C L 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 6、寫出校正安裝的傳送函數(shù)，畫出校正后的 伯德圖，驗(yàn)算相角穩(wěn)定裕度能否到達(dá)要求 7、驗(yàn)算其它性能目的，不滿足要求重新設(shè)計(jì) 5、確定滯后校網(wǎng)絡(luò)的交接頻率 10 2 1 22 2 cc 2 1 1 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 串聯(lián)相位滯后校正串聯(lián)相位滯后校正 與串聯(lián)相位超前校正的不同與串聯(lián)相位超前校正的不同 1、校正機(jī)理、校正機(jī)理 超前校正是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前 特性； 而滯后校正那么是利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高 頻幅值衰減特性。 2、采用無(wú)源校正

16、網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能否需求附加增益、采用無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能否需求附加增益 3、帶寬問(wèn)題、帶寬問(wèn)題 4、實(shí)踐運(yùn)用時(shí)應(yīng)留意的問(wèn)題、實(shí)踐運(yùn)用時(shí)應(yīng)留意的問(wèn)題 超前校正要求一定的附加增益； 而滯后校正普通不需求附加增益。 對(duì)于同一系統(tǒng)，采用超前校正的系統(tǒng)帶 寬大于采用滯后校正的系統(tǒng)帶寬； 從提高系統(tǒng)呼應(yīng)速度的觀念來(lái)看，希望 系統(tǒng)帶寬越大越好；與此同時(shí)，帶寬越 大那么系統(tǒng)越容易遭到噪聲干擾的影響。 采用超前校正假設(shè)呵斥系統(tǒng)帶寬過(guò)大， 使得系統(tǒng)抗噪才干下降；需求附加前置 放大器，使得構(gòu)造復(fù)雜；還能夠出現(xiàn)由 于截至頻率過(guò)大，使得呼應(yīng)速度過(guò)快， 導(dǎo)致伺服機(jī)構(gòu)出現(xiàn)速度飽和景象。 采用滯后校正使得系統(tǒng)的呼應(yīng)速度緩慢， 有時(shí)采

17、用滯后校正能夠會(huì)得出時(shí)間常數(shù) 大到不能實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 三、串聯(lián)相位滯后三、串聯(lián)相位滯后超前校正超前校正 超前校正：頻帶增寬,暫態(tài)性能改善,穩(wěn)態(tài)性 能改善小 滯后超前校正： 超前部分：相位超前并在c點(diǎn)上增大了相位 裕量，動(dòng)態(tài)性能改善 滯后部分：在低頻段上添加增益，穩(wěn)態(tài)性能 改善 滯后校正：帶寬降低、呼應(yīng)減慢,但可改善 穩(wěn)態(tài)性能 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 低頻段 低頻段的增益應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求， 可以有更大的斜率以提高穩(wěn)態(tài)性能。 期望特性期望特性 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線

18、性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 中頻段的斜率以20dB/dec為宜， 且必需有足夠的帶寬，以保證系的相 位裕量，帶寬越大，相位裕量越大。 中頻段 c的大小取決于系統(tǒng)的快速性要 求。c大快速性好，但抗擾才干下 降。 期望特性期望特性 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 高頻段 普通保管系統(tǒng)固有特性的高頻部 分作為期望特性的高頻段一 樣斜率、便于實(shí)現(xiàn)！ 盡能夠迅速衰減，以抑制噪聲的不 良影響。 期望特性期望特性 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 ) 101. 0)(11 . 0( )( sss K sGo 250K 45 11 30

19、15 ss c 單位負(fù)反響其開(kāi)環(huán)傳送函數(shù) 試設(shè)計(jì)一校正安裝，使其滿足以下目的： 串聯(lián)相位滯后串聯(lián)相位滯后超前校正設(shè)計(jì)舉例超前校正設(shè)計(jì)舉例 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 1010 0.50.5 0 0 20dB20dB 20lg520lg5 -40dB/dec-40dB/dec c0=50c0=50 1 1 100100 L()L() -20dB /dec-20dB /dec -60dB /dec-60dB /dec c=16c=16 40dB40dB 2=42=4 3=123=12 5 5 1=0.2561=0.256 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第

20、六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 1010 0.50.5 0 0 20dB20dB 20lg520lg5 -40dB/dec-40dB/dec c0=50c0=50 1 1 100100 L()L() -20dB /dec-20dB /dec -60dB /dec-60dB /dec c=16c=16 40dB40dB 2=42=4 1=0.2561=0.256 3=156.253=156.25 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 1 25.156 1 256. 0 1 10 1 4 )( ss ss sGc 1 100 1 25.156 1 256. 0

21、1 4 250 1 100 1 10 250 1 25.156 1 256. 0 1 10 1 4 )()()( sss s s ss s ss ss sGsGsG oc 校正安裝傳送函數(shù)： 校正后系統(tǒng)的傳送函數(shù)： 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)bode圖校正系統(tǒng)bode圖 增益裕度：0.44增益裕度：15 相角裕度：-13.2相角裕度：61.9 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的bode圖 00 c=16.18c=16.18 c0=47c0=47 相角裕度增大 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 未校正系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性比較 b0b -3dB 帶寬減小 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 單位階躍呼應(yīng)比較 校正系統(tǒng)未校正系統(tǒng) 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的校正 1010 0.50.5 0 0 20dB20dB 20lg520lg5 -40dB