自動控制原理系統(tǒng)校正實用教案

1、會計學(xué)1自動控制自動控制(z dn kn zh)原理系統(tǒng)校正原理系統(tǒng)校正第一頁，共34頁。頻率特性 設(shè)計(shj)法低頻段位置(wi zhi)較高、斜率較大穩(wěn)態(tài)精度高中頻段以20dB/dec穿越(chun yu)0dB線，并占有一定的寬度，增益交接頻率不能小于某 值，保證系統(tǒng)的調(diào)整時間小于某值高頻段斜率要大系統(tǒng)的抗高頻干擾能力 強第1頁/共34頁第二頁，共34頁。閉環(huán)極點的期望(qwng)區(qū)域cdB低中頻段高頻段期望(qwng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性規(guī)律第2頁/共34頁第三頁，共34頁。三、校正(jiozhng)1、校正(jiozhng)的目的1）系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計過程給定性能指標設(shè)計每一環(huán)節(jié)

2、構(gòu)成整個系統(tǒng)滿足性能指標Y設(shè)計結(jié)束N調(diào)整系統(tǒng)特性、參數(shù)滿足性能指標Y加入校正環(huán)節(jié)滿足性能指標N第3頁/共34頁第四頁，共34頁。2）舉例說明某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳函為 當單位斜坡輸入信號作用于該控制系統(tǒng)時，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不超過1%，同時希望系統(tǒng)的相角裕度 。) 10125. 0)(1()(sssKsG045解：vsske/1)()(lim0sHsGsksv) 10125. 0)(1(lim0sssKssK%1/1vsske100K) 10125. 0)(1()(sssKsG)80)(1(80sssK)80)(1(sssk800080Kk第4頁/共34頁第五頁，共34頁。程序(chngx)：

3、den=1;num=conv(1 0,conv(1 1,1 80);sys=tf(den,num)rlocus(sys)rltool(sys)進行根軌跡(guj)分析800080Kk可知(k zh)當800080Kk系統(tǒng)進入不穩(wěn)定區(qū)域如何解決？加入校正 裝置第5頁/共34頁第六頁，共34頁。2、校正(jiozhng)方式1）串聯(lián)(chunlin)校正2）并聯(lián)(bnglin)校正3）反饋校正)(sR)(sGc)(sG)(sH-)(sC)(sR)(sE)(sB-)(sC+)(1sG)(sGc)(2sG)(sR)(sE)(sB-)(sC-)(sGc)(2sG)(1sG校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié)第6頁/

4、共34頁第七頁，共34頁。4）前置(qin zh)校正)(sR)(sE)(sB-)(sC)(1sG)(2sG)(sGc校正環(huán)節(jié)第7頁/共34頁第八頁，共34頁。5）干擾補償(bchng)校正)(sR)(sE)(sB)(sC)(1sG)(2sG+)(sN-)(sGc校正環(huán)節(jié)第8頁/共34頁第九頁，共34頁。第三節(jié)第三節(jié) 串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)(chunlin)校正校正1、相位(xingwi)超前校正Cu2R1R2u11）相位超前校正(jiozhng)裝置原理圖2) 裝置傳函111)()()(12TsTssUsUsGc其中CRRRRTRRR21212211 第9頁/共34頁第十頁，共34頁。3

5、）裝置）裝置(zhungzh)的頻率特性的頻率特性1)(1)(1)()()(12jTjTjUjUjGc（1）相頻特性）相頻特性TtgTtgc11)(0)(1c即：裝置即：裝置(zhungzh)為一相位超前裝置為一相位超前裝置(zhungzh)（2）幅頻特性）幅頻特性1)(0jGc即：相當于在前向通道即：相當于在前向通道(tngdo)中加入了一衰減器中加入了一衰減器 此時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增加此時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增加（3）解決方案：）解決方案：前向通道中加入一放大器前向通道中加入一放大器 （4）補償后的頻率特性方程補償后的頻率特性方程11)(jTTjjGc第10頁/共34頁第十一頁，共34頁。（5）補

6、償后校正(jiozhng)裝置的波德圖?mTtgTtgc11)(0)(dd令mmmmTsin1sin1,11sin,11m )(L +20T1T 1 )( m T 1的目的？求m校正后使 為系統(tǒng)的剪切頻率使校正后的系統(tǒng)獲得最大的相角穩(wěn)定裕度mc使校正(jiozhng)后系統(tǒng)的 sct ,第11頁/共34頁第十二頁，共34頁。（6）相位超前校正(jiozhng)裝置的應(yīng)用某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳函為若要求系統(tǒng)的靜態(tài)(jngti)速度誤差系數(shù) ，相角穩(wěn)定裕度 ，幅值裕度 ，試設(shè)計系統(tǒng)的RC相位超前校正裝置。) 11 . 0()(ssKsGsKv/100055dBh10解：1、根據(jù)(gnj)穩(wěn)態(tài)誤差系

7、數(shù)確定開環(huán)增益K)()(lim0sHsGsksvK=1002、繪制系統(tǒng)的波德圖，并計算系統(tǒng)的相角，幅值穩(wěn)定裕度程序：den=100;num=conv(1 0,0.1 1); sys=tf(den,num) bode(sys) Gm,Pm,Wg,Wc=margin(sys) 3、MATLAB命令窗口：Gm,Pm,Wg,Wc=inf，18，inf，30.8第12頁/共34頁第十三頁，共34頁。(4)仿真(fn zhn)圖018)()(180jHjG8 .30c第13頁/共34頁第十四頁，共34頁。(5)018sin1rM又超調(diào)量，階躍響應(yīng)將有較大的很大，系統(tǒng)的平穩(wěn)性差諧振峰值rM（6）如何提高系統(tǒng)

8、(xtng)的相角裕度？加入(jir)RC相位超前校正裝置使 m )(L +20T1T 1 )( m T 1055037m即045m取mmsin1sin16Tm1T1408. 0408. 0Tm高通濾波器第14頁/共34頁第十五頁，共34頁?？芍?時，超前校正(jiozhng)裝置的幅值為：m11lg20)(lg20mmcjTTjjG408. 0Tm）（178. 7dB（7）如何得到最佳(zu ji)的相位超前效果？如果令mc（8）如何(rh)做到？mc）（使：278. 7) 11 . 0(100lg20)(lg20jjjG（9）取此時的 為 c第15頁/共34頁第十六頁，共34頁。綠色為校

9、正(jiozhng)裝置藍色為原系統(tǒng)(xtng)紅色(hngs)為校正后系統(tǒng)dB78. 7dB78. 755408. 0TmsT007. 0第16頁/共34頁第十七頁，共34頁。（10）超前校正(jiozhng)裝置的傳函1007. 01042. 061)(sssGc（11）研究已校正的波德圖，檢查各項性能指標是否滿足要求 如不滿足重新選擇 ，重復(fù)（6）（10）步驟。m第17頁/共34頁第十八頁，共34頁。2、相位滯后校正、相位滯后校正(jiozhng)1）相位滯后校正）相位滯后校正(jiozhng)裝置原理圖裝置原理圖u2CR1R2u12)裝置裝置(zhungzh)傳函傳函TsTsTsTs)

10、s(U)s(U)s(Gc111112 其中其中CRRTRRR)(121212第18頁/共34頁第十九頁，共34頁。3）裝置）裝置(zhungzh)的頻率特性的頻率特性1)(1)()()()(12jTjTjUjUjGc（1）相頻特性）相頻特性TtgTtgc11)(0)(1c即：裝置即：裝置(zhungzh)為一相位滯后裝置為一相位滯后裝置(zhungzh)（2）幅頻特性）幅頻特性1)(0jGc此時此時(c sh)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不變系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不變第19頁/共34頁第二十頁，共34頁。（3）校正(jiozhng)裝置的波德圖低通濾波器避免(bmin) 與校正后的靠近mc方法(fngf)使校正裝置

11、的第二個轉(zhuǎn)折頻率c一般取102c12T1第20頁/共34頁第二十一頁，共34頁。（4）相位滯后校正(jiozhng)裝置的應(yīng)用主要作用：1、減小原系統(tǒng)高頻部分的幅值 2、減小波德圖的增益交界頻率(pnl) 3、使新的增益交界頻率(pnl)處的相頻曲線基本不變 提高系統(tǒng)的平穩(wěn)性 （5）具體(jt)實例設(shè)一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為要求：（1） （2）相角裕度 。試設(shè)計RC 相位滯后校正裝置) 12 . 0)(11 . 0()(0sssKsG30vK040第21頁/共34頁第二十二頁，共34頁。解：(1)、根據(jù)(gnj)穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)確定開環(huán)增益K)()(lim0sHsGsksv(2)、繪制系統(tǒng)的

12、波德圖，并計算(j sun)系統(tǒng)的相角，幅值穩(wěn)定裕度30 K程序(chngx)：den=30;num=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);sys=tf(den,num)bode(sys)第22頁/共34頁第二十三頁，共34頁。025可知(k zh)系統(tǒng)不穩(wěn)c第23頁/共34頁第二十四頁，共34頁。(3)、系統(tǒng)不穩(wěn)，如何(rh)校正？分析：由于在 處，相位變化的范圍大，不宜采用超前相位 校正，應(yīng)校正使系統(tǒng)的 減??？cc原因：低頻處的相位(xingwi)變化范圍小，且相位(xingwi)增加方法：加入滯后(zh hu)校正裝置)(L )( -20T1T 1m lg20第24頁/共

13、34頁第二十五頁，共34頁。(4)、圖形(txng)分析：紅色為校正(jiozhng)裝置藍色為原系統(tǒng)(xtng)綠色為校正后系統(tǒng)第25頁/共34頁第二十六頁，共34頁。(5)、校正裝置(zhungzh)傳函的確定?。?02，c取:1 . 0201lg20又因為(yn wi):,1011cT查表可知(k zh):3,csT3.33校正后裝置的傳函:sssGc3 .33133. 31)(第26頁/共34頁第二十七頁，共34頁。三、滯后(zh hu)-超前校正1）特征(tzhng)：響應(yīng)速度快，超調(diào)小，抑制高頻干擾性能好2）校正(jiozhng)裝置原理圖：C1u2R1u1C2R23）傳函：111

14、112211sTsTsTsT)s(Gc 領(lǐng)先滯后211TT, 第27頁/共34頁第二十八頁，共34頁。4）校正(jiozhng)裝置的波德圖)(L )( -2021T2T lg2011T 11T+20滯后(zh hu)超前第28頁/共34頁第二十九頁，共34頁。四、PID校正(jiozhng)PI校正(jiozhng)裝置PID校正(jiozhng)裝置第29頁/共34頁第三十頁，共34頁。PD校正(jiozhng)裝置第30頁/共34頁第三十一頁，共34頁。第四節(jié)第四節(jié) 反饋反饋(fnku)(fnku)校正校正1、特征、特征(tzhng)校正裝置把高能部分的能量反饋校正裝置把高能部分的能量反饋(fnku)到低能部分，到低能部分，反饋反饋(fnku)中不需放大器中不需放大器非電量的系統(tǒng)中，有時沒有合適的串聯(lián)校正裝置非電量的系統(tǒng)中，有時沒有合適的串聯(lián)校正裝置控制系統(tǒng)中某些元件的參數(shù)隨工作條件變化較大控制系統(tǒng)中某些元件的參數(shù)隨工作條件變化較大，以及系統(tǒng)中存在干擾和非線性元件，以及系統(tǒng)中存在干擾和非線性元件第31頁/共34頁第三十二頁，共34頁。2、局部(jb)反饋校正原理)()(1)(221sGsGsGc局部傳函：)(sR)(sE)(sB-)(sC-)(1sG)(2sG)(sGc分析(fnx)：1)()(2sGsGc1）)(21sG則：2）1)()(2sGsGc)