控制系統(tǒng)的綜合與校正(第十七講)

第十七講第七章控制系統(tǒng)的綜合與校正06-7-201控制系統(tǒng)的性能分析：一個(gè)控制系統(tǒng)的元部件及參數(shù)已經(jīng)給定，分析其能到達(dá)什么指標(biāo)，能否滿足所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。第七章控制系統(tǒng)的綜合與校正控制系統(tǒng)的綜合與校正：如一個(gè)控制系統(tǒng)不能全面地滿足所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)，那么應(yīng)對(duì)原系統(tǒng)增加必要的元件或環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)能夠全面地滿足所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。06-7-202目前，在控制系統(tǒng)的綜合和校正中，習(xí)慣采用頻率法，故通常通過近似公式進(jìn)行兩種指標(biāo)的互換。7.1系統(tǒng)的綜合與校正問題7.1.1控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)穩(wěn)態(tài)：型別、靜態(tài)誤差系數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)：上升時(shí)間、超調(diào)時(shí)間、調(diào)整時(shí)間等頻域指標(biāo)閉環(huán)帶寬、諧振頻率、諧振峰值等增益穿越頻率、幅值裕量和相位裕量、

06-7-2037.1.2時(shí)域性能指標(biāo)最大超調(diào)量調(diào)整時(shí)間峰值時(shí)間上升時(shí)間7.1.3開環(huán)頻域指標(biāo)開環(huán)截止頻率相位裕量幅值裕量06-7-2047.1.4

閉環(huán)頻域指標(biāo)諧振角頻率諧振峰值：，當(dāng)時(shí)，與相等，為最大值。復(fù)現(xiàn)頻率和帶寬：規(guī)定作為反映低頻正弦輸入信號(hào)作用上的允許誤差，當(dāng)幅頻特性與的差第一次到達(dá)時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率稱為復(fù)現(xiàn)頻率。頻率范圍表示復(fù)現(xiàn)低頻正弦輸入信號(hào)的帶寬，稱為復(fù)現(xiàn)帶寬或稱為工作帶寬。截止頻率：由下降到的頻率。頻率稱為系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬，頻率稱為系統(tǒng)閉環(huán)帶寬。06-7-205圖7－1閉環(huán)頻域性能指標(biāo)06-7-206二階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系諧振頻率帶寬頻率截止頻率相位裕度(7-5)諧振峰值(7-1)(7-2)(7-3)(7-4)超調(diào)量

(7-6)12345606-7-207諧振峰值超調(diào)量調(diào)節(jié)時(shí)間高階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)(7-8)(7-9)(7-10)123調(diào)整時(shí)間(7-7)7高階系統(tǒng)的開環(huán)頻域指標(biāo)和時(shí)域指標(biāo)不存在解析關(guān)系式，通過大量系統(tǒng)的研究，有如下關(guān)系式：其中：06-7-2087.1.5綜合性能指標(biāo)〔誤差準(zhǔn)那么〕1誤差積分性能指標(biāo)理想系統(tǒng)，階躍輸入，輸出也是階躍函數(shù)，輸入與輸出之間存在誤差。應(yīng)使誤差盡可能小。06-7-209在無超調(diào)的情況下，誤差是單調(diào)變化的，考慮在所有時(shí)間內(nèi)誤差的總和。系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)所以注意：必須在階躍輸入無超調(diào)的情況下，才能用該公式計(jì)算系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)。06-7-2010例7－1單位反響的一階慣性系統(tǒng)，確定能使I值最小的K值。解：誤差的拉氏變換：可見，K越大，I越小。從減小I的角度看，K選得越大越好。06-7-2011當(dāng)系統(tǒng)的過渡過程有超調(diào)的情況下，由于誤差有正有負(fù)，積分后不能反映整個(gè)過程誤差的大小。當(dāng)不能預(yù)先知道系統(tǒng)的過渡過程有無超調(diào)的情況下，不能用上式評(píng)價(jià)系統(tǒng)所有時(shí)間里的誤差總和大小。2誤差平方積分性能指標(biāo)系統(tǒng)在階躍輸入后，其輸出過渡過程有振蕩，取誤差平方積分性能指標(biāo)：由于積分中為平方項(xiàng)，不會(huì)相互抵消。積分上限，也可以由足夠大的時(shí)間T代替，這也是現(xiàn)代控制理論中二次型智能指標(biāo)的一種。06-7-2012誤差平方積分性能指標(biāo)的特點(diǎn)是：重視大的誤差，忽略小的誤差。因?yàn)榇蟮恼`差時(shí)，其誤差平方更大。對(duì)性能指標(biāo)I的影響大。根據(jù)這種指標(biāo)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，能使大的誤差迅速減小，但系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩。06-7-2013校正〔又稱補(bǔ)償、調(diào)節(jié)〕：給系統(tǒng)附加一些具有某種典型環(huán)節(jié)特性的電網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算器件或測量裝置，靠這些環(huán)節(jié)的配置來有效地改善整個(gè)系統(tǒng)的控制性能，這一附加的局部稱為校正元件或校正裝置，通常是一些無源或有源微積分電路，以及速度、加速度傳感器等。校正裝置在系統(tǒng)中的聯(lián)結(jié)方式：7.2常用校正裝置及其特性〔1〕串聯(lián)校正〔2〕反響校正〔并聯(lián)校正〕〔3〕順饋校正〔前饋校正〕〔4〕干擾補(bǔ)償〔復(fù)合校正〕06-7-2014校正方式串聯(lián)校正

反響校正校正裝置校正裝置前饋校正復(fù)合校正

06-7-2015前饋校正復(fù)合校正

(b)前饋校正〔對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償〕(a)前饋校正〔對(duì)給定值處理〕06-7-2016(b)按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制)(sR)(sG)(s