過程控制基礎(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計與校正課件

1、執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)功率放大器功率放大器檢測裝置檢測裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)放大器、校正裝置放大器、校正裝置不可變部分不可變部分可變部分可變部分迫使系統(tǒng)滿足給定的性能迫使系統(tǒng)滿足給定的性能(設(shè)計系統(tǒng)）設(shè)計系統(tǒng)）根據(jù)被控對象及其控制要求，選擇適當?shù)目馗鶕?jù)被控對象及其控制要求，選擇適當?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)律設(shè)計一個滿足給定性能指標制器及控制規(guī)律設(shè)計一個滿足給定性能指標的控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)。校正校正(補償補償)：通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)中增加中增加附加裝置或元件附加裝置或元件(校正裝置校正裝置)對已有的對已有的系統(tǒng)（固有部分）進行再設(shè)計使之滿足性能系統(tǒng)（固有部分）進行再設(shè)計使之滿足

2、性能要求。要求?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計任務(wù)：控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)：！控制系統(tǒng)的設(shè)計本質(zhì)上是尋找合適的校正裝置！控制系統(tǒng)的設(shè)計本質(zhì)上是尋找合適的校正裝置控制系統(tǒng)的性能指標在其中起著向?qū)ё饔?，控制系統(tǒng)的性能指標在其中起著向?qū)ё饔?，其提法有多種，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，其提法有多種，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，主要有兩類：時域指標和頻域指標。主要有兩類：時域指標和頻域指標。1. 時域指標時域指標（1）穩(wěn)態(tài)指標）穩(wěn)態(tài)指標穩(wěn)態(tài)指標對控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度提出要求，穩(wěn)態(tài)指標對控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度提出要求，它常用它常用穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差表征。表征。（2）動態(tài)指標）動態(tài)指標常用的指標參數(shù)為調(diào)整時間常用的指標參數(shù)為調(diào)整時間ts、超調(diào)

3、量、超調(diào)量Mp等。等。 2、頻域指標、頻域指標（1）開環(huán)頻域指標：）開環(huán)頻域指標：主要包括開環(huán)截止頻率主要包括開環(huán)截止頻率 c（增益交點頻率）、（增益交點頻率）、相位裕度相位裕度 、增益裕度、增益裕度Kg等。等。（2）閉環(huán)頻域指標：）閉環(huán)頻域指標：常見的為諧振峰值常見的為諧振峰值Mr、諧振頻率、諧振頻率 r、閉環(huán)、閉環(huán)截止頻率截止頻率 b或帶寬等?；驇挼?。由于性能指標在一定程度上決定了系統(tǒng)實由于性能指標在一定程度上決定了系統(tǒng)實現(xiàn)的難易程度、工藝要求、可靠性和成本，現(xiàn)的難易程度、工藝要求、可靠性和成本，因此性能指標的提出要有一定依據(jù)，不能因此性能指標的提出要有一定依據(jù)，不能脫離實際的可能性。脫

4、離實際的可能性。二、時域指標和頻域指標的對應(yīng)關(guān)系二、時域指標和頻域指標的對應(yīng)關(guān)系用用開環(huán)頻率特性開環(huán)頻率特性設(shè)計系統(tǒng)時，設(shè)計系統(tǒng)時， 常采用的動態(tài)指標有：常采用的動態(tài)指標有：相位裕度相位裕度 和和增益交點頻率增益交點頻率 c。用用閉環(huán)頻率特性閉環(huán)頻率特性設(shè)計系統(tǒng)時，常采用的動態(tài)指標有：設(shè)計系統(tǒng)時，常采用的動態(tài)指標有：諧振峰值諧振峰值Mr、諧振頻率諧振頻率 r。相位裕度相位裕度 和和諧振峰值諧振峰值Mr反映了過渡過程的反映了過渡過程的平穩(wěn)性平穩(wěn)性，它們與時域指標它們與時域指標超調(diào)量超調(diào)量Mp相對應(yīng)相對應(yīng)；增益交點頻率增益交點頻率 c 、諧振頻率、諧振頻率 r，反映了響應(yīng)的，反映了響應(yīng)的快速快速性

5、性，它們與，它們與時域指標調(diào)整時間時域指標調(diào)整時間ts在此，主要通過開環(huán)頻率特性來研究閉環(huán)系統(tǒng)的動在此，主要通過開環(huán)頻率特性來研究閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能。態(tài)性能。一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標準形式為一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標準形式為1一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)1( )1G sTs 12( )( )(1)KG s H ss Ts X(s) Y(s) Y(s) E(s) + + - - +1Ks Ts 2( )( )(2)nnG s H ss s nKT 12 TK 321120lg40lg 312KT 3n 421+42cn 21jj2nccn 421+42cn242412arctan2arctan2arctan90180

6、 cnnc423142sct212(0.707)rn 22412244bn 21(0.707)21rM 216 sssG 15 . 08 sssG 5 .arctan090jj125. 08jj2 HGHG 1125. 08jj2 ccccHG s/76rad. 3 c -152arctan1.88905 .arctan090jjcccHG 28jj180ccHG 162162 sss25. 022s/4rad nn 26. 025. 010.252112122 rMs/74rad. 325. 02142122 nr01( )11( )1iSUsTSTU sTSST 11TR C 1212 R

7、RR 2220lg20lg 120lg 1LTT arctgarctgTT 221arctg1TT 1mT 1111lglglg2TTT 1arctg2m 1arcsin1m sin1sin1mm 1SSeKv 11200.05SSKve 20(0.51)G jjj 18 220(j)(j)110.25cccGH 6.1686.2 (rad/s)c 1sin1sinmm 11,TT m 11TT 與與1mT 111112111mTjj TjTj ()6.02(dB)mG j 9.5(rad/s)cm 22020lg6.0210.25cc 10.259.54.75(/ )Crad sT 19.5

8、19(/ )0.25Crad sT 10.211( )4.75Ts10.053( )19Ts 0.25(0.2111)( )0.0531CSGSS 140.25K 0.21114.74( )( )40.053118.87CCSSGSGSKSS1610.21121.1(k )10 10TRC 212RRR 27(k)R X(s) Y(s) + + - - 1+0.2111+0.053ss 20(1+0.5 )ss 圖圖 8-15 校正后的系統(tǒng)框圖校正后的系統(tǒng)框圖 1( )11( )1()oiSUSTSTU STSST 22TR C 1221RRR 2220lg 120lg 1LTT arctga

9、rctgTT 221arctg1TT 1mT 1arctg2m 1arcsin1m sin1sin1mm X(s) Y(s) + + - - 15.73K 0.5(1+0.05 )(1+0.02 )sss 圖圖 8-25 位置隨動位置隨動系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 26.19K 3110K 5.73 61.9 0.5 0.1( )(10.05 )(10.02 )17.7(10.05 )(10.02 )G sSSSSSS 100.0873ssReKK114.5 (41.2dB)K 41.22516.2(dB)K 20lg16.2(dB)6.45 111,210cT 14(/ )crad s 111147 1.4 (/ )210rad sT11.4(/ )rad sT 0.7( )Ts 11.40.22