自動(dòng)控制理論第5章課件

第五章控制系統(tǒng)的校正與工程設(shè)計(jì)第五章控制系統(tǒng)的校正與工程設(shè)計(jì)1微分方程子系統(tǒng)傳遞函數(shù)全系統(tǒng)傳遞函數(shù)子系統(tǒng)物理定律拉氏變換

方框圖系統(tǒng)性能分析

時(shí)域頻域校正合格的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)校正的概述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求串聯(lián)校正并聯(lián)校正

PID校正微分方程子系統(tǒng)傳遞函數(shù)全系統(tǒng)傳遞函數(shù)子系統(tǒng)物理定律拉氏變2控制系統(tǒng)的校正概述給定環(huán)節(jié)被控對象

測量環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)

放大環(huán)節(jié)

干擾信號

執(zhí)行環(huán)節(jié)

校正環(huán)節(jié)

系統(tǒng)有不可變部分，需要通過可變部分來調(diào)節(jié)整體的性能控制系統(tǒng)的校正概述給定環(huán)節(jié)被控對象測量環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)放3校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)串聯(lián)校正并聯(lián)校正反饋校正順饋校正校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)4校正裝置無源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C1相位滯后相位超前相位滯后-超前CR2－﹢﹢R1R3R2－﹢﹢CR3PI校正PD校正校正裝置無源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C15頻域特性的性能指標(biāo)零值幅值復(fù)現(xiàn)頻率與帶寬諧振頻率與諧振峰值截止頻率與截止帶寬頻域特性的性能指標(biāo)零值幅值復(fù)現(xiàn)頻率與帶寬諧振頻率與諧振峰值截6控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)7一階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)一階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)8二階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)二階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)9校正的原則低頻段：足夠高的增益，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。中頻段：Bode圖中幅頻特性曲線穿過0dB線的斜率在-20dB/sec，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高頻段：開環(huán)幅頻特性曲線盡可能地衰減，以減小高頻噪聲對系統(tǒng)的干擾。校正的原則低頻段：足夠高的增益，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。中頻段：B10串聯(lián)校正R1R2C相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正串聯(lián)校正R1R2C相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正111.

根據(jù)給定的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，確定開環(huán)增益Ｋ２．繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖，并計(jì)算相角裕量３．根據(jù)給定的相角裕量，計(jì)算所需的相角超調(diào)量４．令，并確定考慮到校正后剪切頻率改變所留的裕量，常取利用Bode圖進(jìn)行相位超前校正考慮到校正后剪切頻率改變所留的裕量，常取利用Bode圖進(jìn)行相12５．確定新的剪切頻率．使未校正系統(tǒng)的對數(shù)幅值為處的頻率為新的剪切頻率６．求超前校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率７．確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)．８．確定校正環(huán)節(jié)的參數(shù).

５．確定新的剪切頻率．使未校正系統(tǒng)的對數(shù)幅值13例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校正系統(tǒng)Bode圖Ⅰ型系統(tǒng)例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校14（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)最大超前角（4）確定校正環(huán)節(jié)系數(shù)（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)最大超前角（4）確定校正環(huán)15（5）確定校正后剪切頻率（6）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率（5）確定校正后剪切頻率（6）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率16R1R2C相位超前校正（7）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)校正環(huán)節(jié)會(huì)使輸出衰減，必須進(jìn)行補(bǔ)償（8）確定校正環(huán)節(jié)的參數(shù)R1R2C相位超前校正（7）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)校正環(huán)節(jié)會(huì)17（9）校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)R(S)C(S)Gc(S)－（9）校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)R(S)C(S)Gc(S)－18串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1CR2串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1CR219例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校正系統(tǒng)Bode圖Ⅰ型系統(tǒng)例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校20（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)剪切頻率（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)剪切頻率21（5）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率（4）確定校正環(huán)節(jié)系數(shù)（5）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率（4）確定校正環(huán)節(jié)系數(shù)22相位滯后校正（6）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（7）確定校正環(huán)節(jié)的參數(shù)R1CR2（8）校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)R(S)C(S)Gc(S)－相位滯后校正（6）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（7）確定校正環(huán)節(jié)的23串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1C2R2C1串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1C2R24并聯(lián)校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)反饋校正順饋校正并聯(lián)校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)25PID校正R2－﹢﹢R1R3比例控制器CR2－﹢﹢R1R3比例積分控制器R2－﹢﹢CR3比例微分控制器R2－﹢﹢C1R3C2比例微積分控制器PID校正R2－﹢﹢R1R3比例控制器CR2－﹢﹢R1R3比26R2－﹢﹢R1R3比例控制器PR(S)C(S)－R2－﹢﹢R1R3比例控制器PR(S)C(S)－27比例積分控制器PICR2－﹢﹢R1R3R(S)C(S)－比例積分控制器PICR2－﹢﹢R1R3R(S)C(S)－28比例微分控制器PDR(S)C(S)－R2－﹢﹢CR3比例微分控制器PDR(S)C(S)－R2－﹢﹢CR329比例微積分控制器PIDR(S)C(S)－R2－﹢﹢C1R3C2比例微積分控制器PIDR(S)C(S)－R2－﹢﹢C1R3C30PID控制器設(shè)計(jì)R(S)C(S)－Ⅰ型系統(tǒng)（二階期望特性系統(tǒng)）Ⅱ型系統(tǒng)PID控制器設(shè)計(jì)R(S)C(S)－Ⅰ型系統(tǒng)（二階期望特性系統(tǒng)31PID控制器設(shè)計(jì)R(S)C(S)－Ⅱ型系統(tǒng)（三階期望特性系統(tǒng)）PID控制器設(shè)計(jì)R(S)C(S)－Ⅱ型系統(tǒng)（三階期望特性系統(tǒng)32習(xí)題習(xí)題33第五章控制系統(tǒng)的校正與工程設(shè)計(jì)第五章控制系統(tǒng)的校正與工程設(shè)計(jì)34微分方程子系統(tǒng)傳遞函數(shù)全系統(tǒng)傳遞函數(shù)子系統(tǒng)物理定律拉氏變換

方框圖系統(tǒng)性能分析

時(shí)域頻域校正合格的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)校正的概述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求串聯(lián)校正并聯(lián)校正

PID校正微分方程子系統(tǒng)傳遞函數(shù)全系統(tǒng)傳遞函數(shù)子系統(tǒng)物理定律拉氏變35控制系統(tǒng)的校正概述給定環(huán)節(jié)被控對象

測量環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)

放大環(huán)節(jié)

干擾信號

執(zhí)行環(huán)節(jié)

校正環(huán)節(jié)

系統(tǒng)有不可變部分，需要通過可變部分來調(diào)節(jié)整體的性能控制系統(tǒng)的校正概述給定環(huán)節(jié)被控對象測量環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)放36校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)串聯(lián)校正并聯(lián)校正反饋校正順饋校正校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)37校正裝置無源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C1相位滯后相位超前相位滯后-超前CR2－﹢﹢R1R3R2－﹢﹢CR3PI校正PD校正校正裝置無源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C138頻域特性的性能指標(biāo)零值幅值復(fù)現(xiàn)頻率與帶寬諧振頻率與諧振峰值截止頻率與截止帶寬頻域特性的性能指標(biāo)零值幅值復(fù)現(xiàn)頻率與帶寬諧振頻率與諧振峰值截39控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)40一階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)一階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)41二階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)二階系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)閉環(huán)開環(huán)42校正的原則低頻段：足夠高的增益，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。中頻段：Bode圖中幅頻特性曲線穿過0dB線的斜率在-20dB/sec，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高頻段：開環(huán)幅頻特性曲線盡可能地衰減，以減小高頻噪聲對系統(tǒng)的干擾。校正的原則低頻段：足夠高的增益，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。中頻段：B43串聯(lián)校正R1R2C相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正串聯(lián)校正R1R2C相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正441.

根據(jù)給定的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，確定開環(huán)增益Ｋ２．繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖，并計(jì)算相角裕量３．根據(jù)給定的相角裕量，計(jì)算所需的相角超調(diào)量４．令，并確定考慮到校正后剪切頻率改變所留的裕量，常取利用Bode圖進(jìn)行相位超前校正考慮到校正后剪切頻率改變所留的裕量，常取利用Bode圖進(jìn)行相45５．確定新的剪切頻率．使未校正系統(tǒng)的對數(shù)幅值為處的頻率為新的剪切頻率６．求超前校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率７．確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)．８．確定校正環(huán)節(jié)的參數(shù).

５．確定新的剪切頻率．使未校正系統(tǒng)的對數(shù)幅值46例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校正系統(tǒng)Bode圖Ⅰ型系統(tǒng)例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校47（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)最大超前角（4）確定校正環(huán)節(jié)系數(shù)（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)最大超前角（4）確定校正環(huán)48（5）確定校正后剪切頻率（6）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率（5）確定校正后剪切頻率（6）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率49R1R2C相位超前校正（7）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)校正環(huán)節(jié)會(huì)使輸出衰減，必須進(jìn)行補(bǔ)償（8）確定校正環(huán)節(jié)的參數(shù)R1R2C相位超前校正（7）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)校正環(huán)節(jié)會(huì)50（9）校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)R(S)C(S)Gc(S)－（9）校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)R(S)C(S)Gc(S)－51串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1CR2串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1CR252例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校正系統(tǒng)Bode圖Ⅰ型系統(tǒng)例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）計(jì)算開環(huán)增益及未校53（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)剪切頻率（2）未校正系統(tǒng)（3）計(jì)算校正環(huán)節(jié)剪切頻率54（5）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率（4）確定校正環(huán)節(jié)系數(shù)（5）確定校正環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)角頻率（4）確定校正環(huán)節(jié)系數(shù)55相位滯后校正（6）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（7）確定校正環(huán)節(jié)的參數(shù)R1CR2（8）校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)R(S)C(S)Gc(S)－相位滯后校正（6）確定校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（7）確定校正環(huán)節(jié)的56串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1C2R2C1串聯(lián)校正相位超前校正相位滯后校正相位滯后-超前校正R1C2R57并聯(lián)校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)反饋校正順饋校正并聯(lián)校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)58PID校正R2－﹢﹢R1R3比例控制器C