自動(dòng)控制原理課件(第2版)5

第五章控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)5.1控制系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)學(xué)模型通過對控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性與閉環(huán)性能之間關(guān)系的研究，可知一個(gè)好的控制系統(tǒng)，其對數(shù)幅頻特性曲線應(yīng)滿足如下要求：1．低頻段：其斜率應(yīng)為-20dB/dec或-40dB/dec，并具有一定的高度。低頻段反映控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。2．中頻段：其斜率應(yīng)為-20dB/dec，穿越頻率足夠大，中頻有一定的寬度。中頻段反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。3．高頻段：其分貝值應(yīng)為負(fù)值，分貝值和斜率越負(fù)，系統(tǒng)抗干擾能力越強(qiáng)。 根據(jù)上述要求，理想控制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻率特性曲線如圖所示，對應(yīng)的控制系統(tǒng)分別稱為典型I型系統(tǒng)和典型II型系統(tǒng)。5.1控制系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)學(xué)模型5.1控制系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)學(xué)模型5.1控制系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)學(xué)模型5.1.2典II型系統(tǒng)1．典II型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

典II型系統(tǒng)含有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)、一個(gè)一階微分環(huán)節(jié)、一個(gè)慣性環(huán)節(jié)構(gòu)成，是二階無靜差系統(tǒng)，其伯德圖如圖5-3所示。5.1控制系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)學(xué)模型2．典II型系統(tǒng)的參數(shù)整定原則 由表可知，中頻寬值增大，系統(tǒng)的超調(diào)量減小，相位裕量增大，系統(tǒng)的平穩(wěn)性和穩(wěn)定性變好；但中頻寬過大時(shí)上升時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間增大，系統(tǒng)的快速性變差。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取相應(yīng)的值。5.1控制系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)學(xué)模型5.1.3兩種預(yù)期數(shù)學(xué)模型的比較5.1控制系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)學(xué)模型5.2控制系統(tǒng)的校正當(dāng)控制系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)學(xué)模型與預(yù)期數(shù)學(xué)模型不一致時(shí)，就要在系統(tǒng)中附加一些裝置，改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而改變系統(tǒng)的性能，使之滿足工程設(shè)計(jì)的要求，這種措施我們稱之為系統(tǒng)的校正。引入的附加裝置稱為校正裝置。系統(tǒng)中除校正裝置外的其它部分稱為系統(tǒng)的固有部分。控制系統(tǒng)的校正就是根據(jù)系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)和對系統(tǒng)性能的要求，確定校正裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。系統(tǒng)校正的一般方法是在系統(tǒng)的前向通道上串入校正裝置，它與系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)綜合后得到預(yù)期的開環(huán)傳遞函數(shù)，這種校正方法稱為串聯(lián)校正。三、校正裝置（線性系統(tǒng)的基本控制器）一般由P、I、D控制器或電網(wǎng)絡(luò)組成。

1.P、I、D控制器（串聯(lián)前向通路中）①比例P控制：將比例控制作為校正裝置串在前向通路中

其作用：使開環(huán)增益提高，穩(wěn)態(tài)誤差減小，且使原系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性高度上升。相位裕度減小，降低相對穩(wěn)定性。

5.2控制系統(tǒng)的校正可見：單獨(dú)引入比例控制不能使系統(tǒng)性能全面提高。

②積分控制 ：

可調(diào)

引入積分控制相當(dāng)引入一積分環(huán)節(jié)，型別提高，從而可消除或減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高穩(wěn)態(tài)性能。但積分控制器致系統(tǒng)相對穩(wěn)定性較差，甚至不穩(wěn)定。通常采用比例+積分控制（PI）。

5.2控制系統(tǒng)的校正③比例+積分控制（PI）

5.2控制系統(tǒng)的校正串聯(lián)前向通路中，低頻段下降，亦型別提高，穩(wěn)態(tài)性能得到改善，對相位裕度有影響，但不大，可認(rèn)為不相對穩(wěn)定性影響不大，動(dòng)態(tài)性能基本不變。

5.2控制系統(tǒng)的校正④比例+微分控制（PD）

串聯(lián)在前向通路中，使系統(tǒng)的相位超前，相對穩(wěn)定性變好（變大）

幅頻特性中，高頻段增益加大，使增大，導(dǎo)致變大，響應(yīng)速度快。

5.2控制系統(tǒng)的校正⑤比例加積分加微分控制（PID）

均為可調(diào)參數(shù)。

設(shè)

5.2控制系統(tǒng)的校正

（低頻數(shù)PI起作用）

低頻數(shù)：PI作用，使穩(wěn)態(tài)性能改善高頻數(shù)：PD作用，使增加，快速性加強(qiáng)。

5.2控制系統(tǒng)的校正5.2控制系統(tǒng)的校正5.2控