第六章 系統(tǒng)的綜合及校正

第六章系統(tǒng)的綜合與校正基本要求1.了解系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)、頻域性能指標(biāo)和綜合性能指標(biāo)的概念；了解頻域性能指標(biāo)和時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系。

2.了解系統(tǒng)校正的基本概念,了解各種校正的特點(diǎn)。

3.了解相位超前校正裝置、相位滯后校正裝置和相位滯后—超前校正裝置的模型、頻率特性及有關(guān)量的概念、求法及意義；了解各種校正裝置的頻率特性設(shè)計(jì)方法。

4.了解反饋校正、順饋校正的定義、基本形式、作用和特點(diǎn)。

本章重點(diǎn)1.各種串聯(lián)校正裝置的模型、頻率特性及有關(guān)量的概念、求法及意義。2.反饋校正、順饋校正的定義、基本形式、作用和特點(diǎn)。本章難點(diǎn)

各種串聯(lián)校正裝置的頻率特性設(shè)計(jì)方法。6.1概述1.系統(tǒng)的性能指標(biāo)(1)時(shí)域性能指標(biāo)瞬態(tài)性能指標(biāo):上升時(shí)間tr

峰值時(shí)間tp

最大超調(diào)量Mp調(diào)整時(shí)間ts穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo):穩(wěn)態(tài)誤差ess(2)頻域性能指標(biāo)幅值裕度Kg相位裕度零頻值A(chǔ)(0)零頻帶寬M復(fù)現(xiàn)帶寬0～M閉環(huán)諧振峰值Mr諧振頻率r截止頻率b截止帶寬0～b(3)綜合性能指標(biāo)（誤差準(zhǔn)則）03.系統(tǒng)校正的分類根據(jù)系統(tǒng)所采用的校正環(huán)節(jié)及其在系統(tǒng)中的位置，可分類如下：①串聯(lián)校正①增益調(diào)整②相位超前校正③相位滯后校正④相位滯后－超前校正⑤PID校正②并聯(lián)校正①反饋校正②順饋校正2.校正的概念在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的性能。6.2串聯(lián)校正校正前：校正后：1.相位超前校正

校正裝置系數(shù)具有相位超前特性(即相頻特性＞0)的校正裝置叫超前校正裝置，又稱為“微分校正裝置”。R2R1C1i2i21ii+R(s)C(s)相位超前網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)時(shí)間常數(shù)最大超前相角對(duì)數(shù)頻率特性最大超前角頻率校正裝置系數(shù)例已知指標(biāo)為單位速度輸入時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差ess=0.05；相位裕度

≥50o；幅值裕度20lgKg≥10dB。設(shè)計(jì)相位超前校正網(wǎng)絡(luò)(1)由穩(wěn)態(tài)誤差求開環(huán)增益K

(2)繪制待校系統(tǒng)的Bode圖，求待校系統(tǒng)的相位裕量’系統(tǒng)的Bode圖如圖，系統(tǒng)穩(wěn)定，幅值裕量為∞，幅值交界頻率=6.3rad/s，(計(jì)算值6.17rad/s)，相位裕度’=20o,(計(jì)算值18o)。(3)應(yīng)當(dāng)增加的最大相位超前角m

φm=(50-18)+5=38

(4)確定超前校正裝置系數(shù)(5)確定補(bǔ)償幅值及m、c

A(w)dB40

-20

w

-40-20w20mCw=w=96.2dB-202201Cw=6.3-40-90-180902020lg38=fmo20=go58=go0oooo(6)求Td(8)校正裝置的傳遞函數(shù)(9)校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)相位超前校正的特點(diǎn)：增大相位裕度，提高了系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。加大帶寬，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增益和型次未改變，故穩(wěn)態(tài)精度變化不大。

(7)原系統(tǒng)開環(huán)增益調(diào)整為+-Xi()sXo()ss01+s0601+..)5.0(120ss+23(10)校正后系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖2.相位滯后校正具有遲后相位特性(即相頻特性()小于零)的校正裝置叫滯后校正裝置，又稱之為積分校正裝置。相位滯后網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)時(shí)間常數(shù)校正裝置系數(shù)對(duì)數(shù)頻率特性校正裝置系數(shù)最大超前相角最大超前角頻率相位滯后校正的特點(diǎn)：對(duì)低頻段信號(hào)具有較高的放大能力，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。系統(tǒng)帶寬變窄，降低了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。3.滯后超前校正

轉(zhuǎn)折頻率順次為4.比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)器在工業(yè)控制中得到廣泛地應(yīng)用。它有如下特點(diǎn)：(1)對(duì)系統(tǒng)的模型要求低實(shí)際系統(tǒng)要建立精確的模型往往很困難。而PID調(diào)節(jié)器對(duì)模型要求不高，甚至在模型未知的情況下，也能進(jìn)行調(diào)節(jié)。(2)調(diào)節(jié)方便調(diào)節(jié)作用相互獨(dú)立，最后以求和的形式出現(xiàn)的，人們可改變其中的某一種調(diào)節(jié)規(guī)律，大大地增加了使用的靈活性。(3)適應(yīng)范圍較廣一般校正裝置，系統(tǒng)參數(shù)改變，調(diào)節(jié)效果差，而PID調(diào)節(jié)器的適應(yīng)范圍廣，在一定的變化區(qū)間中，仍有很好的調(diào)節(jié)效果。6.3并聯(lián)校正1.反饋校正改變反饋所包圍環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，消除所包圍環(huán)節(jié)的參數(shù)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（1）包圍積分環(huán)節(jié)原來的積分環(huán)節(jié)變成了慣性環(huán)節(jié)（2）包圍慣性環(huán)節(jié)仍為慣性環(huán)節(jié)，增益下降由K1降為，時(shí)間常數(shù)下降由T降為（3）包圍振蕩環(huán)節(jié)系統(tǒng)阻尼比增大，能有效地減弱小阻尼環(huán)節(jié)的不利影響。2.順饋校正順饋校正是一種開環(huán)校