6线性系统的校正方法2

1、自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院1 自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院2校正的含义校正的含义控制器控制器执行器执行器受控对象受控对象测量装置测量装置校正的目的：设计控制器使系统满足给定的性能性能如何描述？性能如何描述？控制器的设计：传递函数的结构控制器的设计：传递函数的结构与参数与参数 选择选择自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院3控

2、制系统不可变部分执行机构功率放大器检测装置可变部分放大器放大器、校正装置迫使系统满足给定的性能(设计系统)?自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院4校正的任务校正的任务 根据被控对象被控对象以及控制要求控制要求，选择适当的控制控制器及控制规律器及控制规律设计一个满足给定性能指标满足给定性能指标的控制系统。：通过改变系统结构，或在系统中增加附加装置或元件附加装置或元件对已有的系统（固有部分）进行再设计使之满足性能要求。控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置(校正装置校正装

3、置)校正的任务校正的任务自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院5part 6-1part 6-1 系统的设计与校正问题系统的设计与校正问题part 6-1-1part 6-1-1 控制系统的性能指标控制系统的性能指标自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院6part 6-1-2 part 6-1-2 系统带宽的确定系统带宽的确定带宽频率是一项重要指标。带宽频率是一项重要指标。m0mb)105(自动控制原理自动控制原理第六章第六章

4、线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院7)(sr)(sc)(sg)(sh)(se)(sgc)(sgo)(sr)(sc)(sh)(se)(sgo)(sgc校正装置校正装置校正装置part 6-1-3 part 6-1-3 校正方式校正方式自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院8前馈校正前馈校正(b)前馈校正（对扰动的补偿）前馈校正（对扰动的补偿）)(sr)(sc)(sg)(sh)(se)(sg)(sgc)(sc)(sg)(sn)(sg)(sgc自动控制原理自动控制原理

5、第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院9复合校正复合校正 + +- - -+ +r(s)e(s)n(s)c(s)图3-26 按扰动补偿的复合控制系统)(2sg)(1sg)(sgn自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院10校正方式取决于 系统中信号的性质；技术方便程度；可供选择的元 件；其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）； 经济性串联校正 设计较简单，容易对信号进行各种必要的变换， 但需注意负载效应的影响。反馈校正 可消除系统原有部分参数对系统性能的

6、影响， 元件数也往往较少。同时采用串、并联校正 性能指标要求较高的系统。自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院11part 6-1-4 part 6-1-4 基本控制规律基本控制规律)()(tektmp- -)(tr)(tm)(tc)(tepk pk自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院12- -)(sr)(se)(sm)(sc)1 (skpdttdektektmpp)()()(pd控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化趋

7、势，产控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个 的开环零的开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。1自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院13tidttektm0)()(输出信号输出信号)(tm与其输入信号的积分成比例。与其输入信号的

8、积分成比例。ik为可调比例系数为可调比例系数)(te消失后，输出信号消失后，输出信号)(tm有可能是一个不为零的常量。有可能是一个不为零的常量。- -)(sr)(se)(sm)(scski当当自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院1490不宜采用单一的不宜采用单一的i控制器。控制器。 在串联校正中，采用在串联校正中，采用i控制器可以提高控制器可以提高系统的型别（无差度），有利提高系系统的型别（无差度），有利提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生位于原

9、点的开环极点，使信号产生的相角滞后，于系统的稳定不利。的相角滞后，于系统的稳定不利。自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院15- -)(sr)(se)(sm)(sc)11 (stkiptippdttetktektm0)()()()(tmpkit自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院16it自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院17- -)(sr)

10、(se)(sm)(sc)11 (sstkipdttdekdttetktektmptipp)()()()(0)11 ()(sstksgipc)1(2sststtkiiipssstkip) 1)(1(21)411 (211iitt)411 (212iitt14it自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院18ssstksgipc) 1)(1()(21自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院19 是控制工程中技术成熟、理论完善、应用最为广泛

11、的一种控制策略。 p、pi、pd 或pid 控制 适用于数学模型已知及大多数数学模型难以确 定的控制系统或过程。 pid 控制参数整定方便，结构灵活pidpid控制控制 数字pid 控制自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院20part 6-2part 6-2 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院21校正装置校正装置无源校正网络：阻容元件优点：校正元件的特性比较稳定。缺点：由于输出阻抗较

12、高而输入阻抗较低，需要另 加放大器并进行隔离; 没有放大增益，只有衰减。有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。缺点：特性容易漂移。自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院22part 6-2-1 part 6-2-1 无源校正网络无源校正网络自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院23rucu1r2rc scrrrsgsusucrc12211)()()(csrrrrcsrr211212)

13、1 ()/()()/()1 (2121212112rrcsrrrrrrcsrr自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院24t1t10j2121rrcrrt221rrracrat1)/()()/()1 ()(2121212112rrcsrrrrrrcsrrsgctsatsasgc111)(自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院25注：注：jj采用无源超前网络采用无源超前网络进行串联校正时，整个系进行串联校正时，整个系统的开环增益要下

14、降统的开环增益要下降 a因此需要提高放大器增益加以补偿因此需要提高放大器增益加以补偿倍倍rucu1r2rca图图6-9带有附加放大器的带有附加放大器的无源超前校正网络无源超前校正网络此时的传递函数此时的传递函数tsatsasgc111)(tsatssagc11)(自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院261aaacrr,21t1t10j自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院2722)(1lg20)(1lg20)(lg20tats

15、gcarctgtarctgatc)(画出对数频率特性如图画出对数频率特性如图6-13所示。显然所示。显然，超前网络对频率在，超前网络对频率在tat11至之间的输入信号有明显的微分作用，在该频之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内率范围内输出信号相角比输入信号相角超前输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络超前网络的名称由此而得。的名称由此而得。tsatssagc11)(自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院28arctgtarctgatc)(2)(1) 1(tataarctg11arcsin21aaaa

16、arctgm故在最大超前角频率处故在最大超前角频率处m具有最大超前角具有最大超前角m最大超前角频率最大超前角频率atm1tsatssagc11)(自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院2911arcsin21aaaaarctgm1aa21ammasin1sin1正好处于频率正好处于频率与与的几何中心的几何中心tat11与的几何中心为的几何中心为mmattatlglg211lg21)1lg1(lg2122即几何中心为即几何中心为mat1mt1自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方

17、法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院302222)(1)(1lg20)(1lg20)(1lg20)(mmmmmctattatlatm122 ma11arcsin21aaaaarctgmaalmclg10lg20)(22)(1lg20)(1lg20)(lg20tatsgc自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院31但但a不能取得太大不能取得太大(为了保证较高的信噪为了保证较高的信噪比比),a一般不超过一般不超过20 。这种超前校正网络这种超前校正网络的最大相位超前角一般不大于的最大相位超前角一般不大于

18、65如果需要大于如果需要大于65则要在两个超前网络相串联来实现，则要在两个超前网络相串联来实现，并在所串联的两个网络之间加一隔离并在所串联的两个网络之间加一隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。放大器，以消除它们之间的负载效应。 的相位超前角，的相位超前角，自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院321rrucu2rc滞后网络的传递函数为滞后网络的传递函数为scrrscrsgsusucrc11)()()(1221)(12122121csrrcsrrrrrcrrt)(21时间常数时间常数1212rrrb分度系数分度

19、系数crbt2tsbtssgc11)(自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院33t1btt111btblg20btt11与btm1bbm11arcsin自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院34采用无源滞后网络进行串联采用无源滞后网络进行串联校正时，主要利用其高频幅值校正时，主要利用其高频幅值衰减的特性，以降低系统的开衰减的特性，以降低系统的开环截止频率，提高系统的相角环截止频率，提高系统的相角裕度。滞后网络怎么能提高系裕度。滞

20、后网络怎么能提高系统的相角裕度呢？统的相角裕度呢？自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院35在设计中力求避免最大滞后角发生在已校正在设计中力求避免最大滞后角发生在已校正系统开环截止频率系统开环截止频率 附近。附近。 c选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率bt1远小于远小于 c一般取一般取此时，滞后网络在此时，滞后网络在 c的相角滞后按下式确定的相角滞后按下式确定101 cbt2 )(1)1()(cccccctbtbarctgtarctgbttsbtssgc11)(处产

21、生处产生自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院362 )(1) 1()(cccccctbtbarctgtarctgbt将将btc10 代入上式代入上式)( ccb b与与 和和20lgb20lgb的关系如图的关系如图6-156-15所示。所示。)1( 1 . 0100) 1(10)10(110) 1()(2 barctgbbarctgbbbbarctgcc自动控制原理自动控制原理第六章第六章 线性系统的校正方法线性系统的校正方法哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨工程大学自动化学院373.无源滞后无源滞后-超前网络超前网络