控制工程课件-07-控制系统的综合及校正_第1页
控制工程课件-07-控制系统的综合及校正_第2页
控制工程课件-07-控制系统的综合及校正_第3页
控制工程课件-07-控制系统的综合及校正_第4页
控制工程课件-07-控制系统的综合及校正_第5页
已阅读5页,还剩65页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、 第七章第七章 控制系统校正控制系统校正7-1 7-1 系统的性能指标系统的性能指标 分类分类 1时域性能指标:瞬态、稳态。时域性能指标:瞬态、稳态。 2频率性能指标:闭环、开环。频率性能指标:闭环、开环。 3综合性能指标(误差准则):保证获得某一最综合性能指标(误差准则):保证获得某一最优标准时系统的参数选择。优标准时系统的参数选择。分析指标的方法分析指标的方法 1系统和参数确定后。计算或分析性能指标的大系统和参数确定后。计算或分析性能指标的大小。小。 2初选系统的结构参数。核算是否满足要求,如初选系统的结构参数。核算是否满足要求,如果不满足,则修改结构参数果不满足,则修改结构参数 3给定综

2、合性能指标(目标函数、性能函数):给定综合性能指标(目标函数、性能函数):设计满足指标的系统设计满足指标的系统时域性能指标时域性能指标1瞬态:瞬态: 时域响应时已讲过,包括调整时间时域响应时已讲过,包括调整时间ts、峰、峰值时间值时间tp、超调量、超调量Mp、上升时间、上升时间tr、振荡次、振荡次数数N等。等。2稳态:稳态: 用稳态误差用稳态误差ess表示,期望输出与实际输出表示,期望输出与实际输出之差。之差。 其它如静态位置无偏系数其它如静态位置无偏系数Kp;静态速度无;静态速度无偏系数偏系数Kv;静态加速度无偏系数;静态加速度无偏系数Ka频域的性能指标频域的性能指标1开环频域性能指标开环频

3、域性能指标 相位裕度相位裕度r、幅值裕度、幅值裕度Kg、闭截止频率、闭截止频率c。 其它如静态位置无偏系数其它如静态位置无偏系数Kp;静态速度无偏系数;静态速度无偏系数Kv;静态加速度无偏系数;静态加速度无偏系数Ka2闭环频域性能指标闭环频域性能指标 复现频率复现频率m及复现带宽及复现带宽0m、谐振频率、谐振频率和和谐振峰值谐振峰值、截止频率、截止频率及截止带宽及截止带宽。综合性能指标(误差准则)综合性能指标(误差准则) 41、误差积分性能指标、误差积分性能指标)(lim)(lim)(lim)(000SESSESdttedtteIsst4适用条件:系统在阶跃输入下,过渡过程适用条件:系统在阶跃

4、输入下,过渡过程无超调。调节系统参数,使无超调。调节系统参数,使I值最小,则系值最小,则系统性能好。统性能好。2、误差平方积分性能指标、误差平方积分性能指标4适用条件:系统在阶跃输入下,过渡过程有超适用条件:系统在阶跃输入下,过渡过程有超调(振荡)。调(振荡)。4特点:公式中含有特点:公式中含有e2(t)项项,误差误差e(t)的正负不会的正负不会抵消抵消,这样大误差更明显这样大误差更明显(放大放大),小误差忽略。,小误差忽略。调节系统参数,使调节系统参数,使I值最小,则大的误差迅速值最小,则大的误差迅速减少,但系统容易振荡。减少,但系统容易振荡。02)( dtteI 分析:分析:已知已知 系统

5、模型参数系统模型参数分析法或实验法求取。分析法或实验法求取。 求求 系统性能指标。系统性能指标。 设计:设计:已知已知 系统所要完成的任务、被控量、性能系统所要完成的任务、被控量、性能 指标以及可靠性、经济性、体积、重量、指标以及可靠性、经济性、体积、重量、 等等。等等。求求 系统部件、结构参系统部件、结构参数数控制理论的任务:系统分析、系统设计控制理论的任务:系统分析、系统设计系统设计过程:系统设计过程:提出设计要求:提出设计要求: 设计固有系统设计固有系统加校正装置(并校验结果)加校正装置(并校验结果)得希望系统得希望系统7-2 7-2 控制系统校正的概念控制系统校正的概念为使系统有较好的

6、性能,一般均采用反馈控制为使系统有较好的性能,一般均采用反馈控制初步搭成系统,只初步搭成系统,只K K可调,其余基本不再改变。可调,其余基本不再改变。如果不能满足要求,三大指标必须进行校正如果不能满足要求,三大指标必须进行校正- 加校正装置加校正装置 校正:校正: 已知已知 固有系统结构、参数、性能指标固有系统结构、参数、性能指标 求求 校正装置的形式校正装置的形式 校正装置的校正装置的参数参数 校正分类:校正分类:1 1、按结构形式分、按结构形式分串、并、串并、顺馈、反馈等。串、并、串并、顺馈、反馈等。串联校正:G(s)=Gc(s)*G0(s)BodeBode图:图:L(L( )=L)=Lc

7、 c( ( )+L)+L0 0( ( ) ) 改变改变bodebode图的形状:增益、相角。图的形状:增益、相角。增加开环零、极点增加开环零、极点 PcPc、ZcZc校正装置的形式有多种:校正装置的形式有多种:可按结构、按作用等来分类可按结构、按作用等来分类相位超前、相位滞后、相位超前、相位滞后、相位滞后超前相位滞后超前局部反馈校正局部反馈校正: :用局部反馈的场合比较用局部反馈的场合比较多,用于改善固有系统多,用于改善固有系统中某些部件的性能。中某些部件的性能。复合校正复合校正: :前馈(顺馈)前馈(顺馈): :2 2、按装置作用:、按装置作用:3 3、含源与否、含源与否有源有源无源无源4

8、4、按响应特性校正:、按响应特性校正:按期望特性校正按期望特性校正前馈前馈+ +反馈:反馈:工程设计法:工程设计法: 二阶最佳、三阶最佳二阶最佳、三阶最佳反馈反馈前馈前馈问题问题1 1:相位超前(滞后)校正网络相位超前(滞后)校正网络数学模型?数学模型?问题问题2 2:相位超前(滞后)校正网络相位超前(滞后)校正网络的特性是什麽?的特性是什麽?问题问题3 3:我们是怎样利用:我们是怎样利用相位超前(滞后)校正网络相位超前(滞后)校正网络的的 特性来改善系统性能的?特性来改善系统性能的?问题问题4 4:怎样改变:怎样改变相位超前(滞后)校正网络相位超前(滞后)校正网络的参数才的参数才 能符合要求

9、?能符合要求?问题问题5 5:如何用:如何用BODEBODE图说明校正装置的作用?图说明校正装置的作用? 问题问题7 7:有源校正网络有源校正网络数学模型?数学模型?7 73 3 相位超前与相位滞后校正相位超前与相位滞后校正一、相位超前校正网络相位超前校正网络无源阻容网络组成的装置增加增加a 补偿补偿该网该网络的衰减作用络的衰减作用 ) 1() 1()()()(0TSTSSXSXSGic1212RRRT=R1C Bode图0)( 1ca0|:md)(d令21m1 :aT得相角校正装置有最大的超前这时,11)(TjTjajaGCmmmaaaaatgSin1Sin1Sin1- 11 211 1 ,

10、 , 12121TaaT221111)(TaTaTtgTtgTatgCL9090o oa+20dB/decmm20lglgaL9090o oa+20dB/decmm20lglgamm20lglga校正装置能产校正装置能产生的最大相角生的最大相角由由 a a 决定决定 211aatgm a a 越大越大, , 即两个即两个转折频率距离越转折频率距离越远,所产生的相远,所产生的相角就越大,它们的关系不是正比例关系,角就越大,它们的关系不是正比例关系,当大于当大于2020后,后, a a 再大就没有太大意义了,再大就没有太大意义了,不仅相角增加不多,还因它的中、高频不仅相角增加不多,还因它的中、高频

11、增益太大,将导致剪切频率增益太大,将导致剪切频率提高太大,反而影响校正效果提高太大,反而影响校正效果。 不够再加时,先满足稳态要求。解:采用串联超前校正12K) s (SG Kv 10lim0S令、4012)1()(0,要求校正后系统例:KvSSKsG如何确定串联超前校正装置参数使系统满足要求?如何确定串联超前校正装置参数使系统满足要求? K K 大对稳态误差有好处,大对稳态误差有好处, 但是会增加校正的难度。但是会增加校正的难度。 通常是满足最低要求。通常是满足最低要求。串联超前校正举例串联超前校正举例是否符合要求。图,看时的、画)(Bode12K2cdB6 .2112lg20一个积分环节一

12、个积分环节一个惯性环节:一个惯性环节: 转折频率转折频率 ,画出画出Bode图如下图如下: 低频段是一条过低频段是一条过点点A的斜率的斜率 为为-20dB/dec的直线的直线 =1开始斜率开始斜率 增加增加-20dB/dec: =1处的幅值,设为处的幅值,设为A点点2011012-90-180LOc0L()21.6 =17.1464. 30c12lg20) 1lg(lg400c计算方法一:计算方法一:计算方法二:计算方法二:)1j (j12)j (G0112)(A20 112)(112)( 120C002C0C0C00C0CAA4010.16464. 3tg90180)(10c2011012-

13、90-180LOc0L()21.6怎样加?9 .231 .1640m)(LC 使使 c0= m,即,最大的即,最大的超前角加在穿越频率处?超前角加在穿越频率处?m c0= m, m+ =40,但是,串联校正装置但是,串联校正装置后,穿越频率不再是后,穿越频率不再是 c0 ,变大了。,变大了。 m没没有充分利用。有充分利用。 m应该大于应该大于 c0 。 c m 03、和希望的相角裕度还差、和希望的相角裕度还差 因此,要使校正装置产生最大的效果,应使因此,要使校正装置产生最大的效果,应使最大的超前角加在校正后的穿越频率处最大的超前角加在校正后的穿越频率处也就是说,校正后穿越频率改变了(变大)也就

14、是说,校正后穿越频率改变了(变大) ,不再是,不再是 c0c0,因而,不仅没有用上最大超前相角,而且,原系,因而,不仅没有用上最大超前相角,而且,原系统的相角又滞后了一些统的相角又滞后了一些 由此,产生两个问题:由此,产生两个问题: 校正后穿越频率应该在哪里?校正后穿越频率应该在哪里? 穿越频率变大后,增加穿越频率变大后,增加 m不够,应再加多少?不够,应再加多少? 校正后穿越频率校正后穿越频率 c c变大,原系统变大,原系统 相角滞后增加,应增加相角滞后增加,应增加DD补偿,补偿, 即,相角必须满足:即,相角必须满足: 0 0m mDD由于校正后穿越频率未知,由于校正后穿越频率未知, 是估计

15、的是估计的, ,估计应根据估计应根据: :1 1、原系统、原系统 的大小;的大小; 小则校正后小则校正后 c c增加多增加多, , 应应大些;大些;2 2、原系统在原穿越频率附近相角变化的情况,、原系统在原穿越频率附近相角变化的情况,( (滞滞后)变化快,后)变化快, 应大些。应大些。 通常取通常取 5 51515D)()(0c0cm301 . 61 .1640D1 . 6本例取1 1、原系统、原系统 已有已有17.117.1, , m m不大不大,a,a不会太大,校正装置不会太大,校正装置产生的增益不大产生的增益不大, c c 增加增加不多,不多, 不必太大不必太大; ;2 2、系统在原穿越

16、频率附近相、系统在原穿越频率附近相角变化的情况比较平缓角变化的情况比较平缓; ;3 3、为了计算方便、为了计算方便, , m m取整。取整。123301301SinSina只要两个转折频率比只要两个转折频率比=3,就能产生,就能产生30超前相角超前相角要使校正装置产生最大的效果,应使校正装置最要使校正装置产生最大的效果,应使校正装置最 大的超前角加在校正后的穿越频率处大的超前角加在校正后的穿越频率处, ,即即 m c 。这样,使最大的超前角加在校正后的穿越频率处原系统在新穿越频率原系统在新穿越频率 c处幅值必须处幅值必须-10-10lglga a。即,。即,L L0 0( ( c)-10-10

17、lglga 由此确定由此确定 c根据根据a a值,可以求出值,可以求出校正校正装置在装置在 m处增益处增益 1010lglga根据根据校正校正装置中参数的关系装置中参数的关系a 1 2 m 12 ( m c)得得 1 、 2还有没有问题? 是预估的,合适 与否最后必须检验4012Kv)1S(SK) s (G0,要求校正后系统上例:完整解题如下完整解题如下: :解解: : 1 1、确定、确定K K值:值:令令K=Kv=12K=Kv=122 2、画满足、画满足KvKv要求后的固有系统要求后的固有系统BODEBODE图图并求出固有系统的穿越频率并求出固有系统的穿越频率 c c0 0和相位裕量和相位裕

18、量 0 0本题已求出固有系统的本题已求出固有系统的 穿越频率穿越频率 c c0 0=3.474=3.474(1/sec1/sec) 相位裕量相位裕量 0 0 = 17.1 = 17.13 3、求应增加的相角、求应增加的相角 m mD0 xm m=30m=30 ( ( 取取7.17.1) )4 4、求校正装置两个、求校正装置两个 转折频率宽度转折频率宽度 a= 3a= 3 11 12mmSinSina56. 477. 43lg10)(0CcdBL则)464. 3( 77. 4)lg(lg4000ccc5 5、确定、确定 c c的位置的位置使使L L0 0( ( ) )| | c c=-10=-1

19、0lglga a计算方法也有两种:计算方法也有两种:一、按右图:一、按右图:二、二、112)(A201c77.4)(lg201212)(0220cccccAA确定了确定了 c c以后以后, ,使使 c c= = m m, ,就可以和已求出就可以和已求出的的a a共同确定共同确定校正装置的校正装置的两个转折频率两个转折频率c0cL0-40dB/decL L L Lc c 3 56. 4 1221aacm11266. 0138. 0)(3 SSsGc7 7、确定校正装置参数、确定校正装置参数897. 7632. 2211266. 01T3800. 01T2211) 1)(11266. 0() 13

20、8. 0(12)( SSSSsG数:校正后系统开环传递函356. 4aC重新计算增大回第三步,如果不符合,则必须返符合要求代入D404 .42.56. 41266. 0tgtg38. 0tg90180)(cc1c1c1c7 7、检验、检验: :8 8、完成校正后的、完成校正后的BodeBode图,图, 标注单位、数值等标注单位、数值等: :) 1)(11266. 0() 138. 0(12)( SSSSsG校正后系统传递函数合格合格m2011012-90-180L0()c0L()21.6 c c 0L(L( ) )Lc(Lc( ) )校正后系统校正后系统 1-2-1-2 1-2-1-2 型型最

21、大的超前角加在校正后的穿最大的超前角加在校正后的穿越频率处越频率处, ,系统相对稳定性得系统相对稳定性得到满足、到满足、校正后校正后 c c提高使系统提高使系统的快速性也提高的快速性也提高低频段:斜率低频段:斜率-20dB/dec-20dB/dec,系统含一个积系统含一个积分环节,又,分环节,又,增益增益21.7dB,21.7dB,满满足足Kv=12Kv=12高频段:增高频段:增益提高了,益提高了,抗扰性能相抗扰性能相对降低对降低-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-40dB/dec-40dB/dec-40dB/dec-20dB/dec-20dB/dec串联超前校正步骤小结:

22、串联超前校正步骤小结:;ssK1e要求值符合、确定);(BodeKss20C0e图,求值时的要求的、画符合DD155 )( )(30000附近变化情况取在根据、计算超前角希望cmC12)(114两转折频率之比得、sGSinSinaCmmccmcmmLaL求得处,在、,令)(lg10)(50acm1221 , 11)(TSaTSsaGc7 7、检验、检验7 7、确定校正装置参数、确定校正装置参数8 8、完成校正后的、完成校正后的BodeBode图,标注单位、数值等图,标注单位、数值等注:如果要求计算电路参数,先任取某一个,注:如果要求计算电路参数,先任取某一个,再用下式求另两个:再用下式求另两个

23、:21211RRRR aCRaT关于超前校正的讨论:关于超前校正的讨论:1.串联超前校正装置的效果:串联超前校正装置的效果: c提高了提高了系统快速性系统快速性提高提高 增加了增加了系统相对稳定性系统相对稳定性提高提高 低频段不变低频段不变不影响稳态误差不影响稳态误差 高频段增益提高高频段增益提高抗干扰能力变差抗干扰能力变差14243t42sc影响系统影响系统性能?性能?二、相位滞后校正装置二、相位滞后校正装置1TS1bTS)S(GC1RRRbC)RR(T212211Tj1Tjb)j (GC221CTb1TbTtg)(b1,b=5,这里是这里是I型系统,型系统,K=Kv取取=5,取,取5精度高

24、,精度高, 但可能会引起校正实现困难;但可能会引起校正实现困难;g=40度度, 也取下限;和超前校正一样,先满足精也取下限;和超前校正一样,先满足精度的要求再加校正装置满足相位裕量;度的要求再加校正装置满足相位裕量;wc是系统的快速性要求,因为滞后校正会引起剪切频率是系统的快速性要求,因为滞后校正会引起剪切频率降低,太低的剪切频率会使系统响应迟缓,在设降低,太低的剪切频率会使系统响应迟缓,在设计过程中给予考虑。计过程中给予考虑。 也是先满足稳态要求。采用串联滞后校正时,5K)s (SG Kv 10lim0S令、是否符合要求。图,看时的、画)(Bode5K2cdB145lg20一个积分环节一个积

25、分环节两个惯性环节两个惯性环节 : 转折频率转折频率 1 1=1=1,画出画出BodeBode图如下图如下: :: 低频段是一条过低频段是一条过点点A A的斜率的斜率 为为 -20dB/dec-20dB/dec的直线的直线在在 1 1=1=1处斜率转折处斜率转折为为-40dB/dec-40dB/dec: =1=1处的幅值,设为处的幅值,设为A A点点在在 2 2=4=4处斜率转折为处斜率转折为-70dB/dec-70dB/dec 转折频率转折频率 2 2=4=4,10.010.110L()()420dB40dB180214dBA .-20dB/dec-40dB/dec-70dB/dec5440

26、(lgc -lgc=2.241 . 525. 0tgtg90180c1c1原系统不能满足要求;滞后校正装置又不原系统不能满足要求;滞后校正装置又不能产生超前相角;如何使用滞后校正装置能产生超前相角;如何使用滞后校正装置c相频特性滞后校正装置的幅频特性在中、高滞后校正装置的幅频特性在中、高频段可以产生衰减作用,利用这频段可以产生衰减作用,利用这 个性能使原系统中、个性能使原系统中、高频段衰减从而得到高频段衰减从而得到较大的裕量。较大的裕量。低频段的滞后低频段的滞后角比较小,如角比较小,如果剪切频率在果剪切频率在低频段,则系低频段,则系统就有足够的统就有足够的相位裕量相位裕量如果剪切频如果剪切频率

27、在率在0.70.7,对应相位裕对应相位裕量就有量就有 4545 在原系统的相频特性中找出满足相位裕量下在原系统的相频特性中找出满足相位裕量下的频率作为校正后系统的剪切频率;的频率作为校正后系统的剪切频率; 求出在该频率下原系统的增益;这个增益需求出在该频率下原系统的增益;这个增益需要由校正装置来抵消(衰减)要由校正装置来抵消(衰减) 这个增益决定了校正装置的中频宽这个增益决定了校正装置的中频宽 确定校正装置的转折频率应考虑确定校正装置的转折频率应考虑 其滞后角的影响,即,应离开新其滞后角的影响,即,应离开新 剪切频率远些,也由于这个剪切频率远些,也由于这个 原因,之前确定新剪切原因,之前确定新

28、剪切 频率时应留一些裕量频率时应留一些裕量10.010.110L()()420dB40dB1802A .-20dB/dec-40dB/dec-70dB/dec5c45c27 . 045)(220ccdBLc17) 7 . 0lg5(lg20)(20b b -20dB/decL0()L()0()()3 .1407. 01bTbT取01. 01/T 100 T 7/1 17lg20得令bb1100S114.3S)G(j校正装置传函1c2S7 . 0) 1S4)(1S)(1S100(S) 1S3 .14(5)j (G穿越频率校正后传递函数为c21c21c21c21c24tgtg100tg3 .14t

29、g90180)(指标校核:2 .409 . 9352 .893 .8490)(7 . 022cc402 .40)(s5 . 07 . 05K22c1c串联滞后校正步骤:;ssK1e要求值符合、确定);(BodeKss20C0e图,求值时的要求的、画符合作为校正后剪切频率得、由希望 )155)(3c2(c20bbLcc求得处,、在,令lg20)(42207、检验(不合格时返回步骤3重做)7、完成校正后的Bode图, 标注单位、数值等1TS1bTS(s)G,1)10121(15c2TbTc,得、取(如果限制c可以简单地取其下限作为校正后剪切频率)R1U1R2CU221221 , )(RRRbCRR

30、T 讨讨 论论 滞后校正环节产生的滞后相角,滞后校正环节产生的滞后相角,不能改善系统性能,用于校正不能改善系统性能,用于校正是它在中、高频段的衰减作用。是它在中、高频段的衰减作用。滞后校正装置滞后校正装置1003 .14TbT,本题100C 取K858R K143R12得K910R K150R12实际取11)(TjbTjjGcL( )-90ob-20dB/dec20lgb b三、串联滞后-超前校正当固有系统不稳定,系统指标仅用当固有系统不稳定,系统指标仅用一种校正方式难以实现时,可考虑串联迟一种校正方式难以实现时,可考虑串联迟后后- -超前校正装置。超前校正装置。串联迟后串联迟后- -超前校正

31、兼有迟后和超前超前校正兼有迟后和超前校正两种的优点:响应速度快、校正两种的优点:响应速度快、相位裕度大(超调量小),相位裕度大(超调量小),抗扰性也好。抗扰性也好。相位滞后相位滞后- -超前校正装置的频率特性超前校正装置的频率特性 -180L L( ( ) )1a20dB/dec ( ( ) )o o b b-20dB/dec1a b b20logmm2衰减中频衰减中频段增益段增益-20lg-20lg 使使c低频段零分贝低频段零分贝线不影响精度线不影响精度不希望的相不希望的相角滞后角滞后正相角加在穿正相角加在穿越频率附近越频率附近过渡斜率过渡斜率20dB/dec20dB/dec高频段零分贝线高

32、频段零分贝线不影响抗扰性能不影响抗扰性能不在不在中点中点不在不在中点中点1ST1ST1ST1ST) s (Gb1baac1 ; ;2211CRTCRTba滞后滞后超前超前注意!负载效应注意!负载效应 2121212122122112122112 4)(CCRRCCRRCRCRCRCRCRCR) 1() 1() 1() 1(1)() 1)(1(1)() 1)(1()(212212211222112211STSTSTSTSCRTTSTTSTSTSCRCRCRSCRCRSCRSCRsGbbaabababac无源滞后无源滞后- -超前网络超前网络例例:设待校正随动系统开环传递函数为:设待校正随动系统开

33、环传递函数为) 121)(161()(0sssKsGv设计校正装置,使系统性能满足以下要求:设计校正装置,使系统性能满足以下要求:(1 1)最大指令速度)最大指令速度180180(o o)/s )/s ,位置滞后误差位置滞后误差不超过不超过1 1o o(2 2)相角裕度为)相角裕度为(3 3)幅值裕度不低于)幅值裕度不低于10dB10dB(4 4)调节时间不超过)调节时间不超过3 3(s)s)oo345 输入是斜坡信号,输入是斜坡信号,I I型系型系统稳态误差是速度误差;统稳态误差是速度误差;(位置位置滞后滞后误差)误差) 满足该要求满足该要求KvKv180180相对稳定性要求;相对稳定性要求

34、;可以降低可以降低 c c或串联相角超前或串联相角超前环节获得足够的相角裕度;环节获得足够的相角裕度;上述无法满足则同时使用。上述无法满足则同时使用。对抗扰性的要求对抗扰性的要求(幅频特性高频段(幅频特性高频段斜率大)斜率大) ,即相角,即相角180180时幅频时幅频特性应特性应衰减衰减10dB10dB以上。以上。对对 c c的要求,不能太小,的要求,不能太小,通过公式通过公式 换换算为算为 c c指标。指标。csKtL L( ( ) )1 11 10 00 0. .1 10 0. .0 01 11 10 00 01 18 80 06 62 22 20 08 80 06 60 04 40 04

35、 45 5d dB B c c= =1 12 2. .9 9L L0 0( ( ) )串联迟后串联迟后- -超前校正设计步骤:超前校正设计步骤:(1 1)根据稳态性能要求确定开环增益)根据稳态性能要求确定开环增益K K;最大指令速度最大指令速度180180(o o)/s )/s ,位置滞后误差不超过,位置滞后误差不超过1 1o oKv=180Kv=180(2 2)绘制固有系统的频率特性,并求截止频率、)绘制固有系统的频率特性,并求截止频率、 相角裕度、幅值裕度相角裕度、幅值裕度相角裕度相角裕度 -57 -57幅值裕度幅值裕度 -30dB -30dB) 121)(161()(0sssKsGv(3

36、 3)确定转折频率)确定转折频率 b b : 校正装置在转折频率校正装置在转折频率 b b 处是处是0dB/dec0dB/dec转折为转折为+20dB/dec+20dB/dec, 因此,校正后使因此,校正后使 -20dB/dec -20dB/dec 段延长,相角滞后减小。段延长,相角滞后减小。L L( ( ) )1 11 10 00 0. .1 10 0. .0 01 11 10 00 01 18 80 06 62 22 20 08 80 06 60 04 40 04 45 5d dB B c c= =1 12 2. .9 9L L0 0( ( ) ) 在固有系统对数幅频特性上选择在固有系统对

37、数幅频特性上选择-20dB/dec-20dB/dec转折为转折为 -40dB/dec-40dB/dec的交接频率作为的交接频率作为 b b b b=2=2, ,T Tb b=0.5=0.5(4 4)由响应速度要求选择剪切频率)由响应速度要求选择剪切频率 c c增加超前部分后,幅频特性仍增加超前部分后,幅频特性仍-40dB/dec-40dB/dec穿越,穿越,相角裕度不会满足要求。相角裕度不会满足要求。 根据根据 c c可确定校正网络衰减因子可确定校正网络衰减因子 在希望的剪切频率在希望的剪切频率 cc下应当下应当-20dB/dec-20dB/dec穿越:由滞后部穿越:由滞后部分将中频段幅值衰减

38、。分将中频段幅值衰减。(rad/s) 5 . 33.233.05 3.05K2sin1M 1)2.5(M1)1.5(M2K3tKt45 3(s)t cr2rrscsos取取,(5 5)根据相角裕度要求,估算滞后部分的交接频率)根据相角裕度要求,估算滞后部分的交接频率 a a cc3.53.5处幅频特性幅值应衰减:处幅频特性幅值应衰减: 4 .51 )lg(lg20lg20cbH5.83(45)在希望的剪切频率在希望的剪切频率 cc下幅频特性下幅频特性-20dB/dec-20dB/dec穿越,并且穿越,并且应当有一定的宽度(用应当有一定的宽度(用H H表示),表示),H H与与 关系由下式近似确

39、定:关系由下式近似确定:SinSinH11b =100) 1100/)(1/51() 12/)(1/()(SSSSSGcaa a a暂时不定,在满足要求的情况下,尽量小。暂时不定,在满足要求的情况下,尽量小。Wa178.5 Wa5倍频0.7) 1100)(1014. 0() 12)(17 . 0()(SSSSSGc1000.014为使校正装为使校正装置简单,期置简单,期望特性在这望特性在这转折转折为使校正装置为使校正装置简单期望特性简单期望特性在这转折在这转折7 .46 s5 . 31c校正结果:低频端转折频率选取高频端转折频率选取原系统低频段已确定,原系统低频段已确定,期望特性在这里过渡期望

40、特性在这里过渡五、工程设计法五、工程设计法1、二阶最佳、二阶最佳5-71)M(707. 0 得2nn22nS2S) s (R) s (CG(s)2n22n2)2()1 (1)M(令二阶系统的闭环增益令二阶系统的闭环增益=1,即即二阶系统二阶系统1)()(4211)M(2222222nnnT2T3三阶最佳:cL()()-20dB/dB180-40dB/dB-40dB/dB2 H H中频段中频段幅频特性斜率幅频特性斜率 -20dB/dec,-20dB/dec,保证有较大的相位裕量保证有较大的相位裕量实际大小由中频宽实际大小由中频宽 H H 决定决定低频段低频段幅频特性斜率幅频特性斜率 -40dB/

41、dec,-40dB/dec,系统为二阶无差系统为二阶无差高频段高频段幅频特性斜率幅频特性斜率 -40dB/dec,-40dB/dec,具有较大的高频衰减具有较大的高频衰减7-5 7-5 复合校正控制复合校正控制)()(1)()()()()(21221SGSGSGSGSGSGSGcC C( (S S) )G G1 1( (s s) )- -R R( (s s) )G G2 2( (s s) )+ +G Gc c( (s s) )取 Gc(S)=1/G2(S)则 G(S)1)()()(1)()()()()(21212SNSGSGSGSGSGSGSCc取 Gc(S)=1/G1(S)则 C(S)0二、

42、按扰动补偿C C(S)(S)G G1 1(s)(s)- -R R(s)(s)G G2 2(s)(s)- -N N(s)(s)G Gc c(s)(s)+ + 7-6 7-6 实际应用问题实际应用问题理论与实际应用的距离时怎样产生的:理论与实际应用的距离时怎样产生的:1 1、前述理论是线性系统理论,适用线性系统;、前述理论是线性系统理论,适用线性系统;实际系统不同程度都存在非线性,建模时经过了线性化实际系统不同程度都存在非线性,建模时经过了线性化或近似处理;或近似处理;3 3、方法本身不是严格精确的;、方法本身不是严格精确的;比如指标比如指标g g 不能严格的和系不能严格的和系统超调量相对应;统超

43、调量相对应;2 2、实际系统通常是复杂的,数学模型难于建立,处理、实际系统通常是复杂的,数学模型难于建立,处理 时经过了简化,导致不一致;时经过了简化,导致不一致;4 4、校正装置有一个实现问题、校正装置有一个实现问题;比如微分器;比如微分器5 5、实际系统存在干扰和噪音。、实际系统存在干扰和噪音。7-7 PID7-7 PID校正校正一、一、PDPD串联校正串联校正设设C C (t) (t)、e e(t)(t)如图。如图。因因de/dtde/dt为负为负, ,校正装置的输出将变校正装置的输出将变小小, ,从而使输出上升变慢从而使输出上升变慢, ,若参数调若参数调整合适整合适, ,可使可使C(t

44、)C(t)超调小或不超调。超调小或不超调。但但, ,由于此时的由于此时的|-d|-de e/dt| /dt| 很大很大, ,误差将往负方向继续增加误差将往负方向继续增加, ,也就是系统一定产生超调也就是系统一定产生超调; ;当当C(t)C(t)第一次到达第一次到达c()c()处处系统误差等于零系统误差等于零; ;用用PDPD校正校正(k(kP P+k+kD DS)S) m(t)=k m(t)=kP P+k+kD D* *de(t)/dtde(t)/dt用用P P校正校正(k(kP P) ),m(t)=km(t)=kP P* *e(t)e(t) 所谓所谓PIDPID调节器就是由比例调节器就是由比

45、例P P 、积分、积分I I 、微分、微分D D环节所构成的校正器。环节所构成的校正器。1 1比例控制器(比例控制器(P P调节器)调节器)其传递函数为:其传递函数为:PcKsG)(比例控制器主要是调节增益。比例控制器主要是调节增益。2 2积分控制器(积分控制器(I I调节器)调节器)sKsGIc)(其传递函数为:其传递函数为:积分控制器主要特点是:无差调节。即系统平衡后,阶跃信号的稳态设定积分控制器主要特点是:无差调节。即系统平衡后,阶跃信号的稳态设定值和被调量无差,偏差为零。值和被调量无差,偏差为零。3 3微分控制器(微分控制器(D D调节器)调节器)其传递函数为:其传递函数为:微分控制器

46、是对被调量的变化趋势进行调节,及时避免出现大的偏差。微分控制器是对被调量的变化趋势进行调节,及时避免出现大的偏差。很少用,因为会带来较大的冲击。很少用,因为会带来较大的冲击。sKsGDc)(PID调节器调节器sssKsKsKKsGIDPc11)(21sKsKsKKsGIPIPc)(由于一阶微分环节使系统相位提高由于一阶微分环节使系统相位提高090 ,可改善稳定性,因此相当于,可改善稳定性,因此相当于相位超前校正,对于微分环节所提高的相位超前校正,对于微分环节所提高的c ,可通过比例系数,可通过比例系数KP调整。调整。PDPDPcKKTTsKsKKsG) 1()(4 4比例微分控制器(比例微分控制器(PDPD调节器)调节器)其传递函数为:其传递函数为:5 5比例积分控制器(比例积分控制器(PIPI调节器)调节器)其传递函数为:其传递函数为:6 6比例比例- -积分积分- -微分控制器(微分控制器(PIDPID调节器)调节器)其传递函数为:其传递函数为:相当于相位滞后校正的作用。综合了相当于相位滞后校正的作用。综合了P、I两种控制器的优点,用两种控制器的优点,用I调节调节来消除残差,用来消除残差,用P调节使系统稳定。调节使

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论