自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正

1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法12022-7-3機(jī)械與電子工程學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院西北農(nóng)林科技大學(xué)西北農(nóng)林科技大學(xué)楊兵力楊兵力機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法22022-7-3第六章第六章 線(xiàn)性系統(tǒng)的校正方法線(xiàn)性系統(tǒng)的校正方法一、控制系統(tǒng)的分析一、控制系統(tǒng)的分析 在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)已確定的條件下，計(jì)算或估在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)已確定的條件下，計(jì)算或估算控制系統(tǒng)的性能。算控制系統(tǒng)的性能。二、控制系統(tǒng)的綜合二、控制系統(tǒng)的綜合 在已知被控對(duì)象的條件下在已知被控對(duì)象的條件下,根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先給定的性能指根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先給定的性

2、能指標(biāo)，設(shè)計(jì)和選擇控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)標(biāo)，設(shè)計(jì)和選擇控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù),使控制器與被控對(duì)象使控制器與被控對(duì)象組成一個(gè)能滿(mǎn)足性能要求的控制系統(tǒng)。組成一個(gè)能滿(mǎn)足性能要求的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的控制系統(tǒng)的 兩個(gè)基本問(wèn)題兩個(gè)基本問(wèn)題:機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法32022-7-3 基于一個(gè)控制系統(tǒng)可視為由控制器和被控對(duì)基于一個(gè)控制系統(tǒng)可視為由控制器和被控對(duì)象兩大部分組成，當(dāng)被控對(duì)象確定后，對(duì)系統(tǒng)的象兩大部分組成，當(dāng)被控對(duì)象確定后，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)際上歸結(jié)為對(duì)控制器的設(shè)計(jì)，這項(xiàng)工作也設(shè)計(jì)實(shí)際上歸結(jié)為對(duì)控制器的設(shè)計(jì)，這項(xiàng)工作也稱(chēng)為對(duì)控制系統(tǒng)的校正。稱(chēng)為對(duì)控制系統(tǒng)的校正。

3、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法42022-7-3 在實(shí)際過(guò)程中，既要理論指導(dǎo)，也要重視實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，往往在實(shí)際過(guò)程中，既要理論指導(dǎo)，也要重視實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，往往還要配合許多局部和整體的試驗(yàn)。所謂校正，就是在系統(tǒng)中加還要配合許多局部和整體的試驗(yàn)。所謂校正，就是在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而滿(mǎn)足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)特性發(fā)生變化，從而滿(mǎn)足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。工程實(shí)踐中常用的校正方法，串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。工程實(shí)踐中常用的校正方法，串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。

4、6.1 引言引言系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法52022-7-3 目前，工業(yè)技術(shù)界多習(xí)慣采用頻率法，故通常通過(guò)近似目前，工業(yè)技術(shù)界多習(xí)慣采用頻率法，故通常通過(guò)近似公式進(jìn)行兩種指標(biāo)的互換。公式進(jìn)行兩種指標(biāo)的互換。6.1 引言引言系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題一、一、 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 型別、靜態(tài)誤差系數(shù)型別、靜態(tài)誤差系數(shù)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 超調(diào)、調(diào)整時(shí)間超調(diào)、調(diào)整時(shí)間頻域指標(biāo)頻域指標(biāo)開(kāi)環(huán)頻率、閉環(huán)帶寬、諧振峰值、諧振頻率開(kāi)環(huán)頻率、閉環(huán)帶寬、諧振峰值、諧振頻率增益穿越頻率、幅

5、值裕度和相位裕度增益穿越頻率、幅值裕度和相位裕度 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法62022-7-3校校正正方方式式串聯(lián)校正串聯(lián)校正 )(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sGc)(sGo反饋校正反饋校正 )(sR)(sC)(sH)(sE)(sGo)(sGc校正裝置校正裝置校正裝校正裝置置前饋校正前饋校正復(fù)合校正復(fù)合校正 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法72022-7-3前饋校正前饋校正復(fù)合校正復(fù)合校正 )(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sG)(sGc)(sC)(sG)(sN)(sG)(sGc(b)前饋

6、校正（對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償）前饋校正（對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償）(a)前饋校正（對(duì)給定值處理）前饋校正（對(duì)給定值處理）+ +- - -+ +R(s)E(s)N(s)C(s)圖3-26 按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng))(2sG)(1sG)(sGn圖圖6-4 按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正控制系統(tǒng)按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正控制系統(tǒng)(a) 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法82022-7-3(b) 按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制)(sR)(sG)(sE)(1sG)(sG)(2sG)(sH)(sC)(sN)(sGc反饋校正反饋校正 : 不需要放大器，可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)波動(dòng)不需要放大器，可消除系

7、統(tǒng)原有部分參數(shù)波動(dòng) 對(duì)系統(tǒng)性能的影響對(duì)系統(tǒng)性能的影響 串聯(lián)校正串聯(lián)校正 : 串聯(lián)校正裝置分為無(wú)源和有源兩種串聯(lián)校正裝置分為無(wú)源和有源兩種 參數(shù)可調(diào)整參數(shù)可調(diào)整 在性能指標(biāo)要求較高的控制系統(tǒng)中，常常兼用串聯(lián)校正和在性能指標(biāo)要求較高的控制系統(tǒng)中，常常兼用串聯(lián)校正和反饋校正反饋校正 ,也即復(fù)合校正。也即復(fù)合校正。機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法92022-7-36.2 輸入信號(hào)與控制輸入信號(hào)與控制系統(tǒng)帶寬系統(tǒng)帶寬dB)(L0帶寬b330M1n)(j)(jR)(jN)0(j) 0(707. 0j噪聲輸入信號(hào)Mb)105(機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的

8、校正方法控制系統(tǒng)的校正方法102022-7-36.3 基本控制規(guī)律分析基本控制規(guī)律分析（1）比例（）比例（P）控制規(guī)律）控制規(guī)律)()(teKtmp （2）比例）比例-微分（微分（PD）控制規(guī)律）控制規(guī)律dttdeKteKtmpp)()()(（3）積分（）積分（I）控制規(guī)律）控制規(guī)律tidtteKtm0)()(（4）比例）比例-積分（積分（PI）控制規(guī)律）控制規(guī)律tippdtteTKteKtm0)()()(（5）比例（）比例（PID）控制規(guī)律）控制規(guī)律dttdeKdtteTKteKtmptipp)()()()(0)11 ()(ssTKsGipcsssTKip) 1)(1(21機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課

9、件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法112022-7-3I 積分發(fā)生在低頻段，穩(wěn)態(tài)性能積分發(fā)生在低頻段，穩(wěn)態(tài)性能(提高提高)D微分發(fā)生在高頻段，動(dòng)態(tài)性能微分發(fā)生在高頻段，動(dòng)態(tài)性能(改善改善)sssTKsGipc) 1)(1()(21增加一個(gè)極點(diǎn)，提高型別，穩(wěn)態(tài)性能增加一個(gè)極點(diǎn)，提高型別，穩(wěn)態(tài)性能兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，動(dòng)態(tài)性能比兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，動(dòng)態(tài)性能比PI更具優(yōu)越性更具優(yōu)越性?xún)蓚€(gè)零點(diǎn)一個(gè)極點(diǎn)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法122022-7-36.4 超前校正參數(shù)的確定超前校正參數(shù)的確定無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)有源校正網(wǎng)絡(luò)有源校正網(wǎng)絡(luò)1.無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)無(wú)

10、源校正網(wǎng)絡(luò)超前校正超前校正滯后校正滯后校正滯后超前校正滯后超前校正rucu1R2RC(1)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)a. 電路電路T1T10jb. 零極點(diǎn)零極點(diǎn)分布圖分布圖機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法132022-7-3 TsaTsasGc111)(2121RRCRRT時(shí)間常數(shù)221RRRa分度系數(shù)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)c. 頻率特性頻率特性22)(1lg20)(1lg20)(lg20TaTsGcarctgTarctgaTc)(2)(1) 1(TaTaarctgaLmclg10)(11sinaamaTm1公式公式機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正

11、方法控制系統(tǒng)的校正方法142022-7-310-210-11001010510152010-210-11001010102030405060頻率特性頻率特性1,10Tam20dB/decaT1T1alg20alg10m機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法152022-7-3 頻率法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正的基本思路是：通過(guò)所加校正頻率法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正的基本思路是：通過(guò)所加校正裝置，改變系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的形狀，即要求校正后系統(tǒng)裝置，改變系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的形狀，即要求校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性具有如下特點(diǎn)：的開(kāi)環(huán)頻率特性具有如下特點(diǎn)：中頻段的幅頻特性的斜率為中頻段的幅頻特性的

12、斜率為-20dB/dec,并具有較寬并具有較寬的頻帶，這一要求是為了系統(tǒng)具有滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)性能；的頻帶，這一要求是為了系統(tǒng)具有滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)性能；高頻段要求幅值迅速衰減，以較少噪聲的影響。高頻段要求幅值迅速衰減，以較少噪聲的影響。低頻段的增益滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)精度的要求；低頻段的增益滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)精度的要求；機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法162022-7-3 用頻率法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行超前校正的基本原理，是用頻率法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(lái)增大系統(tǒng)的相利用超前校正網(wǎng)絡(luò)的相位超前特性來(lái)增大系統(tǒng)的相位裕量，以達(dá)到改善系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的目點(diǎn)。為此，位裕量，以

13、達(dá)到改善系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的目點(diǎn)。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。頻率（剪切頻率）處。機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法172022-7-3可歸納為：可歸納為：根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定開(kāi)環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定開(kāi)環(huán)增益K。根據(jù)所確定的開(kāi)環(huán)增益根據(jù)所確定的開(kāi)環(huán)增益K，畫(huà)出未校正系統(tǒng)的波特圖，畫(huà)出未校正系統(tǒng)的波特圖，c計(jì)算未校正系統(tǒng)的剪切頻率計(jì)算未校正系統(tǒng)的剪切頻率 和相角裕度和相角裕度根據(jù)剪切頻率根據(jù)剪切頻率的要求，計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的要求，計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)a和和T；c機(jī)械工程控制

14、基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法182022-7-3 關(guān)鍵是選擇最大超前角頻率等于要求的系統(tǒng)剪切關(guān)鍵是選擇最大超前角頻率等于要求的系統(tǒng)剪切頻率，即頻率，即以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并充分利用網(wǎng)絡(luò)的以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并充分利用網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。顯然，相角超前特性。顯然，cmmc成立的條件是成立的條件是()()10lgocccLLa由上式可求出由上式可求出 aTm1驗(yàn)證已校系統(tǒng)的相角裕度驗(yàn)證已校系統(tǒng)的相角裕度求出求出機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法192022-7-3確定開(kāi)環(huán)增益確定開(kāi)環(huán)增益K穩(wěn)態(tài)誤差的要求穩(wěn)態(tài)誤差的要求畫(huà)出未校正系

15、統(tǒng)的波特圖畫(huà)出未校正系統(tǒng)的波特圖,并求并求m 校正前給定的補(bǔ)償mmasin1sin11052015未校正系統(tǒng)的開(kāi)未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性在截止頻率處的在截止頻率處的斜率為斜率為-40dB/dec-60dB/dec求未校正系統(tǒng)幅值為求未校正系統(tǒng)幅值為-10lga處的頻率處的頻率cmam1am2滿(mǎn)足要求？滿(mǎn)足要求？結(jié)束結(jié)束YN機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法202022-7-3可歸納為：可歸納為：根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定開(kāi)環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定開(kāi)環(huán)增益K。確定開(kāi)環(huán)增益確定開(kāi)環(huán)增益K后，畫(huà)出未校正系統(tǒng)的波特圖，后，畫(huà)出未校正系統(tǒng)的波特圖

16、，計(jì)算未校正系統(tǒng)的相角裕度計(jì)算未校正系統(tǒng)的相角裕度由給定的相位裕量值由給定的相位裕量值計(jì)算超前校正裝置提供的相位超前量計(jì)算超前校正裝置提供的相位超前量/m校正前給定的補(bǔ)償 是用于補(bǔ)償因超前校正裝置的引入，使系統(tǒng)截止頻是用于補(bǔ)償因超前校正裝置的引入，使系統(tǒng)截止頻率增大而增加的相角滯后量。率增大而增加的相角滯后量。機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法212022-7-3 值通常是這樣估計(jì)的：如果未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)值通常是這樣估計(jì)的：如果未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性在截止頻率處的斜率為幅頻特性在截止頻率處的斜率為-40dB/dec，一般取，一般取105如果為如果為

17、-60dB/dec則取則取2015根據(jù)所確定的最大相位超前角根據(jù)所確定的最大相位超前角mmmasin1sin1算出算出的值。的值。 按按機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法222022-7-3計(jì)算校正裝置在計(jì)算校正裝置在m處的幅值處的幅值10lga 由未校正系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)，求得其幅值為由未校正系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)，求得其幅值為-10lga處處的頻率，該頻率的頻率，該頻率m就是校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻就是校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率率c即即mc 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法232022-7-3確定校正網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率確

18、定校正網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率21和am1am2驗(yàn)算相位裕度是否滿(mǎn)足要求？如果不滿(mǎn)足，則需增驗(yàn)算相位裕度是否滿(mǎn)足要求？如果不滿(mǎn)足，則需增大大值，從第值，從第步開(kāi)始重新進(jìn)行計(jì)算。步開(kāi)始重新進(jìn)行計(jì)算。 畫(huà)出校正后系統(tǒng)的波特圖并驗(yàn)算畫(huà)出校正后系統(tǒng)的波特圖并驗(yàn)算機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法242022-7-3基于上述分析，可知基于上述分析，可知： 這種校正主要對(duì)未校正系統(tǒng)中頻段進(jìn)行校正，使校正這種校正主要對(duì)未校正系統(tǒng)中頻段進(jìn)行校正，使校正后中頻段幅值的斜率為后中頻段幅值的斜率為-20dB/dec，且有足夠大的相位裕量。，且有足夠大的相位裕量。 超前校正會(huì)使系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的

19、速度變快。由前例超前校正會(huì)使系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的速度變快。由前例知，知，校正后系統(tǒng)的截止頻率由未校正前的校正后系統(tǒng)的截止頻率由未校正前的100增大到增大到165。這表明。這表明校正后，系統(tǒng)的頻帶變寬，瞬態(tài)響應(yīng)速度變快；但系統(tǒng)抗高校正后，系統(tǒng)的頻帶變寬，瞬態(tài)響應(yīng)速度變快；但系統(tǒng)抗高頻噪聲的能力變差。對(duì)此，在校正裝置設(shè)計(jì)時(shí)必須注意。頻噪聲的能力變差。對(duì)此，在校正裝置設(shè)計(jì)時(shí)必須注意。機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法252022-7-3超前校正一般雖能較有效地改善動(dòng)態(tài)性能，但未校正系統(tǒng)超前校正一般雖能較有效地改善動(dòng)態(tài)性能，但未校正系統(tǒng)的相頻特性在截止頻率附近急劇下降時(shí)，

20、若用單級(jí)超前校正網(wǎng)的相頻特性在截止頻率附近急劇下降時(shí)，若用單級(jí)超前校正網(wǎng)絡(luò)去校正，收效不大。因?yàn)樾Ｕ笙到y(tǒng)的截至頻率向高頻段移絡(luò)去校正，收效不大。因?yàn)樾Ｕ笙到y(tǒng)的截至頻率向高頻段移動(dòng)。在新的截動(dòng)。在新的截止止頻率處，由于未校正系統(tǒng)的相角滯后量過(guò)大，頻率處，由于未校正系統(tǒng)的相角滯后量過(guò)大，因而用單級(jí)的超前校正網(wǎng)絡(luò)難于獲得較大的相位裕量。因而用單級(jí)的超前校正網(wǎng)絡(luò)難于獲得較大的相位裕量。 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法262022-7-36.5 超前校正參數(shù)的確定超前校正參數(shù)的確定機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法27202

21、2-7-31.無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)1Rrucu2RC 如果信號(hào)源的內(nèi)部阻抗為零，負(fù)載阻如果信號(hào)源的內(nèi)部阻抗為零，負(fù)載阻抗為無(wú)窮大，則滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為抗為無(wú)窮大，則滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為sCRRsCRsGsUsUcrc11)()()(1221)(1212CsRRCsR1)(12122121CsRRCsRRRRRCRRT)(21時(shí)間常數(shù)2121RRR分度系數(shù)分度系數(shù)2TR C1( )1cTsG sTs(6-42)圖圖6-36無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)a. 電路電路機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法282022-7-3b. 零極點(diǎn)分布圖零極點(diǎn)分布圖bT1T1j

22、Re2220lg( )20lg 1()20lg 1()cG sTT ( )arctanarctancTT c. 頻率特性頻率特性1()1Cj TGjjT 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法292022-7-3圖圖6-30無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)特性無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)特性0.1,1T機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法302022-7-3滯后網(wǎng)絡(luò)在滯后網(wǎng)絡(luò)在T1時(shí)，對(duì)信號(hào)沒(méi)有衰減作用時(shí)，對(duì)信號(hào)沒(méi)有衰減作用11TT時(shí)，對(duì)信號(hào)有積分作用，呈滯后特性時(shí)，對(duì)信號(hào)有積分作用，呈滯后特性T1時(shí)，對(duì)信號(hào)衰減作用為時(shí)，對(duì)信號(hào)衰減作用為20lg同超前網(wǎng)絡(luò)，最大滯

23、后角，發(fā)生在同超前網(wǎng)絡(luò)，最大滯后角，發(fā)生在11TT與幾何中心，稱(chēng)為最大滯后角頻率，計(jì)算公式為幾何中心，稱(chēng)為最大滯后角頻率，計(jì)算公式為1mT(6-45)1arcsin1m( 6-44) 越小，這種衰減作用越強(qiáng)越小，這種衰減作用越強(qiáng)由圖由圖6-30可知可知機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法312022-7-3采用無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，主要利用采用無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，主要利用其高頻幅值衰減的特性，以降低系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止其高頻幅值衰減的特性，以降低系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率，提高系統(tǒng)的相角裕度。滯后網(wǎng)絡(luò)怎么能提頻率，提高系統(tǒng)的相角裕度。滯后網(wǎng)絡(luò)怎么能提高系統(tǒng)的相

24、角裕度呢？高系統(tǒng)的相角裕度呢？機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法322022-7-3在設(shè)計(jì)中力求避免最大滯后角發(fā)生在已校系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率在設(shè)計(jì)中力求避免最大滯后角發(fā)生在已校系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率c附近。選擇滯后網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，通常使網(wǎng)絡(luò)的交接頻率附近。選擇滯后網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，通常使網(wǎng)絡(luò)的交接頻率1T遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于c一般取一般取此時(shí)，滯后網(wǎng)絡(luò)在此時(shí)，滯后網(wǎng)絡(luò)在c處產(chǎn)生的相角滯后按下式確定處產(chǎn)生的相角滯后按下式確定()arctanarctanccccTT cT101511機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法332022-7-3 由于滯后校正網(wǎng)絡(luò)

25、具有低通濾波器的特性，因而當(dāng)它與由于滯后校正網(wǎng)絡(luò)具有低通濾波器的特性，因而當(dāng)它與系統(tǒng)的不可變部分串聯(lián)相連時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的系統(tǒng)的不可變部分串聯(lián)相連時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的中頻和高頻段增益降低和截止頻率中頻和高頻段增益降低和截止頻率 減小，從而有可能使減小，從而有可能使系統(tǒng)獲得足夠大的相位裕度，它不影響頻率特性的低頻段。系統(tǒng)獲得足夠大的相位裕度，它不影響頻率特性的低頻段。由此可見(jiàn)，滯后校正在一定的條件下，也能使系統(tǒng)同時(shí)滿(mǎn)由此可見(jiàn)，滯后校正在一定的條件下，也能使系統(tǒng)同時(shí)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的要求。足動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的要求。c2、基于頻率響應(yīng)法串聯(lián)滯后校正、基于頻率響應(yīng)法串聯(lián)滯后校正機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課

26、件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法342022-7-3c處，滯后校正網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生一定的相角滯后量。為了使這個(gè)滯處，滯后校正網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生一定的相角滯后量。為了使這個(gè)滯后角盡可能地小，理論上總希望后角盡可能地小，理論上總希望 兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率)(sGcc比21,越小越好，但考慮物理實(shí)現(xiàn)上的可行性，一般取越小越好，但考慮物理實(shí)現(xiàn)上的可行性，一般取 不難看出，滯后校正的不足之處是：校正后系統(tǒng)的截不難看出，滯后校正的不足之處是：校正后系統(tǒng)的截止頻率會(huì)減小，瞬態(tài)響應(yīng)的速度要變慢；在截止頻率止頻率會(huì)減小，瞬態(tài)響應(yīng)的速度要變慢；在截止頻率為宜。為宜。cT1015112機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件

27、第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法352022-7-3保持原有的已滿(mǎn)足要求的動(dòng)態(tài)性能不變，而用以提高保持原有的已滿(mǎn)足要求的動(dòng)態(tài)性能不變，而用以提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 在系統(tǒng)響應(yīng)速度要求不高而抑制噪聲電平性能要求較在系統(tǒng)響應(yīng)速度要求不高而抑制噪聲電平性能要求較高的情況下，可考慮采用串聯(lián)滯后校正。高的情況下，可考慮采用串聯(lián)滯后校正。 如果所研究的系統(tǒng)為單位反饋?zhàn)钚∠辔幌到y(tǒng)，則應(yīng)如果所研究的系統(tǒng)為單位反饋?zhàn)钚∠辔幌到y(tǒng)，則應(yīng)用頻率法設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)的步驟如下：用頻率法設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)的步驟如下： 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第

28、六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法362022-7-3例例6-5 6-5 設(shè)控制系統(tǒng)如圖所示。若要求校正后的靜態(tài)速度誤設(shè)控制系統(tǒng)如圖所示。若要求校正后的靜態(tài)速度誤差系數(shù)等于差系數(shù)等于25/s25/s，相角裕度，相角裕度4040度，幅值裕度不小于度，幅值裕度不小于10dB10dB，截止頻率不小于截止頻率不小于2.5rad/s2.5rad/s，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。)(sR)(sC) 12 . 0)(11 . 0 (sssK例例6-5 6-5 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)解：解：首先確定開(kāi)環(huán)增益首先確定開(kāi)環(huán)增益K K0lim( )25vsKsG sK機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章

29、 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法372022-7-3畫(huà)出未校正系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻漸近特性曲線(xiàn)，畫(huà)出未校正系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻漸近特性曲線(xiàn)，20log2527.96dB轉(zhuǎn)折頻率為轉(zhuǎn)折頻率為:sradsrad/10/521未校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)取未校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)取25( )(0.11)(0.21)G ssss機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法382022-7-3機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法392022-7-3*也可算出也可算出()1807.7/ ,9/ggcrad srad s 180900.10.2ccarctg

30、arctg9041.9960.9512.94 說(shuō)明未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，且截止頻率遠(yuǎn)大于要求值。在這說(shuō)明未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，且截止頻率遠(yuǎn)大于要求值。在這種情況下，采用串聯(lián)超前校正是無(wú)效的?？梢宰C明，當(dāng)種情況下，采用串聯(lián)超前校正是無(wú)效的?？梢宰C明，當(dāng)4040( 12.94 )2072.94m 1 sin44.451 sinmma而且截止頻率也向右移動(dòng)。而且截止頻率也向右移動(dòng)?？紤]到，本例題對(duì)系統(tǒng)截止頻率值要求不大，故選用串考慮到，本例題對(duì)系統(tǒng)截止頻率值要求不大，故選用串聯(lián)滯后校正，可以滿(mǎn)足需要的性能指標(biāo)。聯(lián)滯后校正，可以滿(mǎn)足需要的性能指標(biāo)。機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的

31、校正方法402022-7-32220lg20lg2520lg2.520lg 1 0.01*2.520lg 1 0.04*2.5010.10.1*2.50.025cT 1400.025Ts 則滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)則滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)114( )1140cTssG sTss確定確定校正裝置的參數(shù)校正裝置的參數(shù)020lg()0cL0.1機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法412022-7-3驗(yàn)算指標(biāo)驗(yàn)算指標(biāo)(相位裕度和幅值裕度相位裕度和幅值裕度)()arctan4*2.5arctan40*2.55.14cc 0180( 2.5)44.2540G j 未校正前的相位穿越頻率未校正前的相位穿越頻率g180)(g1 0.10.20,7.07/gggrad s校正后的相位穿越頻率校正后的相位穿越頻率6.8/grad s幅值裕度幅值裕度()20lg()()15cgogh dBGjGjdB 滿(mǎn)足要求滿(mǎn)足要求機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正方法控制系統(tǒng)的校正方法422022-7-3機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課件第六