《机控性能与校正》PPT课件

教学内容,6、系统的性能指标与校正,1、绪论,3、系统的时间响应分析,2、系统的数学模型,4、系统的频率特性分析,5、系统的稳定性分析,教学内容,第一讲控制系统校正原理及方法,一、控制系统设计原理,系统校正设计原理,1）控制系统的校正,一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制器的设计，这项工作称为控制系统的校正。,校正的含义：根据系统预先给定的性能指标，去设计一个能满足性能要求的控制系统，从控制原理上讲指的是寻找一个合适的计算方法设计控制器。,在实际过程中，既要理论指导，也要重视实践经验，往往还要配合许多局部和整体的试验。所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。,系统校正设计原理,二、系统的性能指标,1.性能指标及校正方法,时域指标,稳态型别、静态误差系数,动态超调、调整时间、上升时间、峰值时间,频域指标,开环频率、闭环带宽、谐振峰值、谐振频率,增益、穿越频率、幅值裕度和相位裕度,以频域特征量闭环频率特性（谐振峰值、谐振频率、带宽频率）或开环频率特性（相角裕度、截止频率、开环增益、稳态误差）给出时，一般采用频域法进行校正。以时域性能指标（阻尼比、自然频率、超调量、调节时间、上升时间、稳态误差）给出时，一般采用根轨迹法校正。,系统校正性能指标,2.时频域性能指标之间的关系,谐振峰值与超调量,最大超调量和谐振峰值随的增大而减小。,当闭环幅频特性有谐振峰时，系统的输入信号频谱在=r附近谐波分量通过系统后显著增强，并引起振荡。,系统校正性能指标,谐振频率、调节时间,谐振频率：,调整时间：,对于给定的阻尼比，调整时间ts与谐振频率r成反比，r大的系统，瞬态响应速度快；r小的响应速度慢。,带宽频率与截止频率,带宽频率或截至频率：,穿越频率：,系统校正性能指标,相位裕度、截止频率与的关系,典型二阶系统的开环频率特性：,幅值穿越频率c：,开环相频特性为：,相位裕度为：,系统校正性能指标,根据Mp计算公式和(c)计算公式,以为参变量。,当=0。时，Mp=100%;随着增加，Mp减小。当=76.35。时，Mp=0。,系统校正性能指标,截止频率c、固有频率n与的关系,根据Mp计算公式和(c)计算公式,以为参变量。如图所示：当00.4时，0.85=40,幅值穿越频率c=50rad/s,相位裕度=50。,解：未校正系统为I型系统，故K=KV,按设计要求取K=Kv=40，作未校正系统的Bode图，得c=16rad/s,=17.25。,系统校正PID校正,原系统性能指标不能满足要求，为保证系统的稳态精度，提高系统的动态性能，选用串联PD校正。,选用二阶模型为希望的频率特性，对未校正部分的高频段小惯性环节做等效处理：,未校正系统的开环传递函数为：,系统校正PID校正,由PD校正环节的传递函数为：,为使校正后的系统为二阶最优模型，消去校正系统一个极点，令Td=0.15s，则：,系统校正PID校正,校正后的开环放大系数40Kp=c，根据性能要求，c=50rad/s，故选Kp=1.4.校正后开环传递函数为：,校正后的幅值穿越频率为c=56rad/s.相位裕量,校正后系统速度误差系数Kv=KKp=5640,故校正后系统的动态和稳态性能均满足要求。,系统校正PID校正,了解P