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文檔簡介
單元總結(jié)
六
控制系統(tǒng)的設(shè)計與改造
基本概念
根軌跡校正法
頻域校正法
典型習(xí)題歸類
習(xí)題講解與練習(xí)基本概念
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本思路
串聯(lián)校正的基本思想
校正裝置的數(shù)學(xué)模型及特性分析
控制系統(tǒng)根軌跡法設(shè)計與校正的基本思路
控制系統(tǒng)頻域法設(shè)計與校正基本思路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本思路
控制方案單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)串級雙回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)前饋加反饋復(fù)合控制系統(tǒng)
特性分析及適用情況
結(jié)構(gòu)簡單,適合對象結(jié)構(gòu)簡單的一般控制系統(tǒng)。當(dāng)被控對象階次較高、延遲和慣性較大、單回路控制方案難以保證控制水平時,通常采用串級雙回路控制方案,一般可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性并加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度。當(dāng)控制系統(tǒng)存在強確定干擾信號時,在反饋控制系統(tǒng)中增加擾動前饋,從而提高系統(tǒng)抗干擾的能力。當(dāng)控制系統(tǒng)測量值跟蹤給定值的能力較弱時,可以通過增加給定前饋來提高這一性能,其中包括改善動態(tài)和靜態(tài)性能,前饋作用的介入不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串聯(lián)校正的基本思想結(jié)構(gòu):串聯(lián)校正即為單回路負(fù)反饋結(jié)構(gòu)形式(固化部分),校正裝置與受控對象串聯(lián)形成負(fù)反饋控制系統(tǒng),如圖所示。校正機理:基于受控對象的數(shù)學(xué)模型,選擇校正裝置的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)取值,使控制系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)滿足設(shè)計要求。特點:滿足性能指標(biāo)要求的校正裝置是非唯一的。故選擇校正裝置時,即要考慮到計算過程簡單,又要考慮到便于工程實現(xiàn)。選擇開環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù),設(shè)計閉環(huán)系統(tǒng)性能!!校正裝置的數(shù)學(xué)模型及特性分析校正裝置的數(shù)學(xué)模型時域校正模型(增加開環(huán)零極點)
動態(tài)校正裝置靜態(tài)校正裝置頻域校正模型
(增加開環(huán)超前或滯后網(wǎng)絡(luò))動靜態(tài)超前校正裝置靜靜滯后態(tài)校正裝置、校正裝置的物理實現(xiàn)無源網(wǎng)絡(luò)、有源、工業(yè)用PID調(diào)節(jié)器、計算機等。靜態(tài)部分動態(tài)部分控制系統(tǒng)根軌跡法設(shè)計與校正的基本思路選擇校正裝置。繪制。確定系統(tǒng)的希望主導(dǎo)極點是否在根軌跡上,若已經(jīng)在根軌跡上,則確定該點處根軌跡的增益,并由此確定校正裝置的KC值.若希望主導(dǎo)極點不在根軌跡上且位于根軌跡的左側(cè),則需要增加動態(tài)校正網(wǎng)絡(luò)加以校正。校正作用的效果是使根軌跡向左側(cè)靠近實軸的方向移動,從而提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。定量確定動態(tài)校正裝置的參數(shù),包括零點、極點和KC的取值。由于滿足指標(biāo)要求的校正裝置其形式是非唯一的,所以校正方法存在多種。定量確定零極點坐標(biāo),依據(jù)—相位條件。定量確定KC的取值,依據(jù)—幅值條件?;谛U蟮拈_環(huán)傳遞函數(shù)檢驗校正結(jié)果。增加靠近原點處的耦極子(靜態(tài)校正裝置),可以在不改變動態(tài)性能的前提下提高系統(tǒng)的開環(huán)增益,從而達到減小系統(tǒng)靜態(tài)誤差的目的??刂葡到y(tǒng)頻域法設(shè)計與校正的基本思路根據(jù)受控對象,確定滿足靜態(tài)指標(biāo)要求的的取值。繪制的BODE曲線。計算性能指標(biāo),檢驗是否滿足設(shè)計要求。若剪切頻率和相角裕量均不滿足,增加超前網(wǎng)絡(luò),以求得中頻段后移且折線負(fù)斜率的模變小,從而使剪切頻率和相角裕量均增大。若剪切頻率足夠大,或系統(tǒng)設(shè)計對此沒有具體要求,而相角裕量不足,則增加滯后網(wǎng)絡(luò),以求得中頻段前移且折線負(fù)斜率的模變小,通過犧牲剪切頻率換取相角裕量均增大。校正裝置動態(tài)部分的參數(shù)取值是非唯一的,同樣,要考慮到計算過程的簡單和裝置的工程適用性。依據(jù)希望性能指標(biāo)和幅頻、相頻特性確定校正裝置動態(tài)部分的參數(shù)和T的取值。根軌跡校正法動態(tài)校正步驟單零點動態(tài)校正零極點動態(tài)校正靜態(tài)校正步驟單零點動態(tài)校正步驟取比例裝置,繪根軌跡,確認(rèn)主導(dǎo)極點在根軌跡左側(cè),需要進行動態(tài)校正。選擇單零點校正裝置;單零點校正參數(shù)確定方法之一:由設(shè)計指標(biāo)得主導(dǎo)極點位置。令希望特征方程=加入校正后的特征方程,由此直接獲得校正裝置中參數(shù)的取值。之二:由相角條件計算裝置角增量:從主導(dǎo)極點S1引射線與實軸相交,取交角等于計算的角增量;
與實軸交點坐標(biāo)的數(shù)值為校正裝置的零點坐標(biāo)(以直角三角形關(guān)系求得);主導(dǎo)極點代入幅值條件,計算中的參數(shù)。零極點動態(tài)校正步驟取比例裝置,繪根軌跡,確認(rèn)主導(dǎo)極點在根軌跡左側(cè),需要進行動態(tài)校正。選擇零極點校正裝置;零極點校正參數(shù)確定方法由相角條件計算裝置角增量:根據(jù)主導(dǎo)極點S1位置引三條射線,采用角平分線法,幾何確定零極點位置;基于三角形的正弦定理計算零極點坐標(biāo)取值;將主導(dǎo)極點代入幅值條件,計算校正裝置中的參數(shù)。頻域校正法動靜態(tài)超前校正步驟動靜態(tài)滯后校正步驟兩種校正方法的靜態(tài)性能校正步驟相同。均由靜態(tài)指標(biāo)和受控對象傳遞函數(shù)確定系統(tǒng)型別,從而確定校正裝置a及中kC的取值。在完成靜態(tài)校正后進行動態(tài)校正。動態(tài)超前校正步驟計算滿足靜態(tài)指標(biāo)后的開環(huán)傳遞函數(shù)具有的動態(tài)性能—剪切頻率和相角裕量,若均不足要求,選擇超前網(wǎng)絡(luò).計算超前網(wǎng)絡(luò)的補償角:計算校正裝置的參數(shù)α:計算校正后的穿越頻率:,最大超前角在校正后的穿越頻率處計算校正裝置的時間常數(shù)T:獲得超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為動態(tài)性能校驗:由計算校正后的系統(tǒng)性能指標(biāo),若不足,則適當(dāng)增大超前角,重復(fù)上述計算過程。動態(tài)滯后校正步驟計算原系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo):剪切頻率和相角裕量。且相交裕量不足設(shè)計要求,剪切頻率較大,或無具體要求。根據(jù)滿足靜態(tài)指標(biāo)的傳遞函數(shù)和相位條件尋找頻率滿足相角裕量要求的頻率取值(定義為校正后的剪切頻率):計算校正裝置參數(shù)α:計算校正裝置的時間常數(shù)T:為使滯后校正網(wǎng)絡(luò)在穿越頻率處,相位滯后足夠的小,?。骸+@得滯后校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為:動態(tài)性能校驗。典型習(xí)題歸類校正裝置結(jié)構(gòu)特性分析前饋、局部反饋設(shè)計方案的作用分析根軌跡法動態(tài)校正動靜態(tài)頻域校正在BODE曲線上定性分析系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)及抗高頻干擾信號的能力習(xí)題講解與練習(xí)建立圖示動態(tài)校正裝置的傳遞函數(shù),并確定裝置的名稱。已知被控對象的傳
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