第六章系統(tǒng)的性能與校正

重慶三峽學(xué)院機(jī)械工程控制基礎(chǔ)崔小勁、肖啟明制作：華中科技大學(xué)第六章系統(tǒng)的性能與校正一、系統(tǒng)的性能指標(biāo)時域性能指標(biāo)綜合性能指標(biāo)(誤差準(zhǔn)則)頻域性能指標(biāo)瞬態(tài)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（穩(wěn)態(tài)誤差）延遲時間td；上升時間tr；峰值時間tP；最大超調(diào)量MP；調(diào)整時間tS(或過渡過程時間)相位裕度；增益(或幅值)裕度Kg；復(fù)現(xiàn)頻率m及復(fù)現(xiàn)帶寬0～m

；諧振頻率r及諧振峰值Mr

；截止頻率b及截止帶寬(簡稱帶寬)0～b

。制作：華中科技大學(xué)校正的概念二、系統(tǒng)的校正放大執(zhí)行被控對象測量K（可調(diào)）惟有增益K可調(diào)K↑，穩(wěn)態(tài)誤差↓，響應(yīng)加快，但穩(wěn)定性下降；僅靠增益調(diào)整一般難以同時滿足所有的性能指標(biāo)制作：華中科技大學(xué)校正的概念二、系統(tǒng)的校正①原系統(tǒng)（P=0）————不穩(wěn)定②減小K———穩(wěn)定，但對穩(wěn)態(tài)性能不利③加入新環(huán)節(jié)（改變系統(tǒng)的頻率特性曲線）————穩(wěn)定，但不改變穩(wěn)態(tài)性能制作：華中科技大學(xué)校正的概念二、系統(tǒng)的校正①原系統(tǒng)（P=0）————穩(wěn)定，但相位裕度小，調(diào)整時間長減小K，不改變相位裕度②加入新環(huán)節(jié)————產(chǎn)生正的相移，提高相位裕度制作：華中科技大學(xué)校正的概念二、系統(tǒng)的校正校正（補償）：在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的性能在提高某些性能指標(biāo)的同時，能保證其它性能指標(biāo)滿足要求；制作：華中科技大學(xué)校正的分類二、系統(tǒng)的校正串聯(lián)校正：增益調(diào)整；相位超前；相位滯后；相位超前—滯后反饋校正順饋校正：開環(huán)復(fù)合控制制作：華中科技大學(xué)相位超前校正——使某頻段的相位增加三、串聯(lián)校正dBω－90°－180°dBω－90°－180°－270°不穩(wěn)定穩(wěn)定，相位裕度不夠制作：華中科技大學(xué)相位超前校正典型物理環(huán)節(jié)：傳遞函數(shù)：幅頻特性：頻率特性：相頻特性：∠Gc(j)=(j)

=arctgT-arctgT＞0

制作：華中科技大學(xué)相位超前校正α不同時的Nyquist圖：Bode圖：(α＝0.1，T=T1,T2,T3)

由：有：最大相移處的頻率顯然（位于兩個轉(zhuǎn)折頻率的對數(shù)中點，即Bode圖上的幾何中點）最大相移：制作：華中科技大學(xué)相位超前校正設(shè)計舉例穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)：單位恒速輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差ess＝0.05；頻域性能指標(biāo)：相位裕度≥50°，增益裕度20lgKg≥10dB。

性能要求：要求的開環(huán)增益：未加校正時的頻率特性：系統(tǒng)穩(wěn)定，且增益裕度≥10dB，但相位裕度＜50°，不滿足性能要求。

制作：華中科技大學(xué)相位超前校正設(shè)計舉例需增加的相位超前量：m＝50°－17°＋5°＝38°由：得到對應(yīng)的α值約為0.24

校正環(huán)節(jié)在m點上造成的對數(shù)幅頻特性的上移量：加入校正環(huán)節(jié)后，新的剪切頻率應(yīng)為c＝9s-1

故有：T=0.23s；αT＝0.055s制作：華中科技大學(xué)相位超前校正設(shè)計舉例校正環(huán)節(jié)的頻率特性：原開環(huán)增益應(yīng)調(diào)整為：校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：增大相位裕度，增大帶寬，加快響應(yīng)速度制作：華中科技大學(xué)相位滯后校正——使某頻段的相位滯后三、串聯(lián)校正dBω－0°－90°－180°增大K傳遞函數(shù)：相位滯后校正原理在于保持低頻增益不變，而使高頻增益下降。而不在于相位滯后效應(yīng)。制作：華中科技大學(xué)相位滯后校正——使某頻段的相位滯后三、串聯(lián)校正增大K增益（減小穩(wěn)態(tài)誤差）的同時保證穩(wěn)定性和快速性制作：華中科技大學(xué)3.相位滯后—超前校正三、串聯(lián)校正制作：華中科技大學(xué)PID校正按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制PID調(diào)節(jié)器的一般形式校正環(huán)節(jié)→調(diào)節(jié)器→控制器→控制策略→控制算法四、PID校正——有源校正制作：華中科技大學(xué)1.比例環(huán)節(jié)校正Kp>1，則幅頻上移，穩(wěn)態(tài)誤差減??；wc右移，響應(yīng)加快，穩(wěn)定性下降。Kp<1，則幅頻下移，穩(wěn)態(tài)誤差增大；wc左移，響應(yīng)變慢，穩(wěn)定性提高。制作：華中科技大學(xué)2.比例微分環(huán)節(jié)校正由圖可知：PD調(diào)節(jié)器相位超前Kp=1時，相當(dāng)于導(dǎo)前環(huán)節(jié)制作：華中科技大學(xué)PD調(diào)節(jié)器的校正作用1.相位裕度增加，穩(wěn)定性增強(qiáng)2.wc右移，響應(yīng)速度提高3.高頻增益上升，抗干擾能力減弱制作：華中科技大學(xué)3.比例積分環(huán)節(jié)校正Kp=1時，相當(dāng)于積分環(huán)節(jié)串接導(dǎo)前環(huán)節(jié)制作：華中科技大學(xué)PI調(diào)節(jié)器的校正作用校正的作用：1.增加積分環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)階次，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減小2.相位裕度減小，穩(wěn)定性降低(只有在穩(wěn)定裕度比較大的時候才用)制作：華中科技大學(xué)PID調(diào)節(jié)器令PI,PD都作用制作：華中科技大學(xué)一般相當(dāng)于積分環(huán)節(jié)串接兩個導(dǎo)前環(huán)節(jié)PID調(diào)節(jié)器制作：華中科技大學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系已知Ti、Td、Kp，建立方程組，解出Ti2、Td2、Kp3PID調(diào)節(jié)器制作：華中科技大學(xué)PID調(diào)節(jié)器校正作用：1.低頻段，積分起作用，減小低頻穩(wěn)態(tài)誤差2.高頻段，微分起作用，加快響應(yīng)，改善動態(tài)3.Kp決定控制作用強(qiáng)弱,

Kp影響系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性能。制作：華中科技大學(xué)若原系統(tǒng)慣性時間常數(shù)為T增加反饋環(huán)節(jié)K反饋校正后，時間常數(shù)系統(tǒng)響應(yīng)加快動態(tài)性能改善比例反饋，位置反饋五、反饋校正制作：華中科技大學(xué)系統(tǒng)超調(diào)量降低微分反饋，速度反饋制作：華中科技大學(xué)局部傳遞函數(shù)若與G2無關(guān)抑制了G2內(nèi)部常出現(xiàn)的擾動反饋可校正系統(tǒng)，降低超調(diào)，加快響應(yīng)反饋還可抑制擾動，減小參數(shù)波動制作：華中科技大學(xué)校正前加上順饋后其中，六、順饋校正制作：華中科技大學(xué)校正前加上順饋后若則消除偏差和誤差，并保持傳遞函數(shù)分母不變順饋校正可減小系統(tǒng)的誤差