控制工程自动控制第二十二次课串联校正与反馈校正ppt课件

1、 主主 讲讲陈陈 青青 林林内内 容容 简简 要要1、*串联滞后超前校正串联滞后超前校正的原理和方法的原理和方法2、*频率法反响校正频率法反响校正6-3 串联校正串联校正串联超前校正串联超前校正运用：普通用于稳态精度根本满足要求，运用：普通用于稳态精度根本满足要求，但动态性能较差的系统。但动态性能较差的系统。根本原理：利用超前网络或根本原理：利用超前网络或PD控制器的相控制器的相角超前特性。角超前特性。关键技术：正确地将超前网络的交接频率关键技术：正确地将超前网络的交接频率1/T和和1/T选在待校正系统截止频率的两旁，选在待校正系统截止频率的两旁，并适中选择参数并适中选择参数和和T ，就可以使

2、已校正系统，就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能目的的要求，的截止频率和相角裕度满足性能目的的要求，从而改善闭环系统的动态性能。从而改善闭环系统的动态性能。 根据稳态误差要求，确定开环增益根据稳态误差要求，确定开环增益K；根据已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频根据已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频率特性曲线，并计算稳定裕度和截止频率；率特性曲线，并计算稳定裕度和截止频率；根据截止频率根据截止频率 的要求，计算超前网络参数的要求，计算超前网络参数和和T。 在本步骤中，关键是选择最大超前角频率等于要求在本步骤中，关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率，即的系统截止频率

3、，即 ，以保证系统的呼应速度，以保证系统的呼应速度，并充分利用网络的相角超前特性。并充分利用网络的相角超前特性。 显然，显然， 成立的条件是成立的条件是 ,根据根据 T用频域法设计超前网络的步骤如下：用频域法设计超前网络的步骤如下： ccm cm lg10)()( cccoLLmT1v验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度能否满足要验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度能否满足要求。假设不满足条件，前往上一步，普通使求。假设不满足条件，前往上一步，普通使 值增大。值增大。cm 设计目的：稳态误差与相角裕度或截止频率设计目的：稳态误差与相角裕度或截止频率校正原那么：将超前校正网络的最大超前角频率校正原那

4、么：将超前校正网络的最大超前角频率mm正正好好 位于校正后系统的截止频率处。位于校正后系统的截止频率处。d 利用其相位超前特性，可以增大系统的稳定裕度，提利用其相位超前特性，可以增大系统的稳定裕度，提高动态呼应的平稳性和快速性；高动态呼应的平稳性和快速性；d 对提高系统稳态精度作用不大，系统抗干扰才干有所对提高系统稳态精度作用不大，系统抗干扰才干有所下降普通用于稳态精度已根本满足要求，但动态性下降普通用于稳态精度已根本满足要求，但动态性能差的系统；能差的系统；d 假设在未校正系统的截止频率附近相位下降迅速，导假设在未校正系统的截止频率附近相位下降迅速，导致单个超前网络的相角超前量缺乏以补偿到要

5、求的数致单个超前网络的相角超前量缺乏以补偿到要求的数值时普通：值时普通： ，假设采用两，假设采用两个超前网络串联，会使系统构造复杂，同时进一步降个超前网络串联，会使系统构造复杂，同时进一步降低了抗干扰才干，此时可思索采用串联滞后校正或其低了抗干扰才干，此时可思索采用串联滞后校正或其它校正安装。它校正安装。6040: 205m串联超前校正的特点：串联超前校正的特点：v串联滞后校正串联滞后校正运用：运用：1)对系统呼应速度要求不高而抑制噪声电对系统呼应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的场所；平性能要求较高的场所；2假设待校正系统已具备假设待校正系统已具备称心的动态特性，而稳态性能不满足目的要

6、求，也可称心的动态特性，而稳态性能不满足目的要求，也可采用串联滞后校正来提高稳态精度，同时坚持其动态采用串联滞后校正来提高稳态精度，同时坚持其动态特性根本不变。特性根本不变。根本原理：利用滞后网络或根本原理：利用滞后网络或PI控制器的高频衰减控制器的高频衰减特性，使已校正系统截止频率下降，从而获得足够的特性，使已校正系统截止频率下降，从而获得足够的相角裕度。因此，滞后校正网络的最大滞后角应防止相角裕度。因此，滞后校正网络的最大滞后角应防止出如今系统截止频率附近。出如今系统截止频率附近。关键技术：选择参数关键技术：选择参数和和T 以及校正安装放置的以及校正安装放置的位置。位置。根据稳态误差要求，

7、确定开环增益根据稳态误差要求，确定开环增益K；根据已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频根据已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频率特性曲线，并计算稳定裕度和截止频率；率特性曲线，并计算稳定裕度和截止频率；根据相角裕度要求选择已校正系统的截止频率根据相角裕度要求选择已校正系统的截止频率 ，要，要思索滞后网络在新的截止频率思索滞后网络在新的截止频率 处会产生一定的相角处会产生一定的相角滞后；滞后；根据下述关系式确定滞后网络参数根据下述关系式确定滞后网络参数和和T； 用频域法设计滞后网络的步骤如下：用频域法设计滞后网络的步骤如下： c c 1 . 01cT0) ( lg20) ( ccLL)

8、() ( 180 cccv验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度能否满足要验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度能否满足要求。求。设计目的：稳态误差与相角裕度或截止频率设计目的：稳态误差与相角裕度或截止频率超前校正与滞后校正两种方法的比较：超前校正与滞后校正两种方法的比较：p241超前校正是利用超前网络的相角超前特性；滞后校超前校正是利用超前网络的相角超前特性；滞后校正是利用滞后网络的高频幅值衰减特性；正是利用滞后网络的高频幅值衰减特性；为了满足严厉的稳态性能要求，在采用无源校正网为了满足严厉的稳态性能要求，在采用无源校正网络时，超前校正要求一定的附加增益，而滞后校正络时，超前校正要求一定的附加增益，

9、而滞后校正普通不需求附加增益；普通不需求附加增益；对于同一系统，采用超前校正系统的带宽大于采用对于同一系统，采用超前校正系统的带宽大于采用滞后校正时的带宽。当输入端电平噪声较高时，普滞后校正时的带宽。当输入端电平噪声较高时，普通不宜选用超前校正。通不宜选用超前校正。v串联滞后串联滞后-超前校正超前校正运用：当待校正系统不稳定，且要求校正后系统运用：当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的呼应速度、相角裕量和稳态精度较高时，以采用串的呼应速度、相角裕量和稳态精度较高时，以采用串联滞后联滞后-超前校正为宜。超前校正为宜。根本原理：利用滞后根本原理：利用滞后-超前网络的超前部分来增超前网络的超前部分来

10、增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。稳态性能。设计目的：串联超前设计目的：串联超前-滞后校正的设计目的依然滞后校正的设计目的依然是稳态精度和相角裕度。是稳态精度和相角裕度。v串联综合法校正串联综合法校正设计原理：将性能目的转化为期望的开环对数幅频特设计原理：将性能目的转化为期望的开环对数幅频特性，再与待校正系统的开环对数幅频特性比较，从性，再与待校正系统的开环对数幅频特性比较，从而确定校正安装的方式与参数。而确定校正安装的方式与参数。所以，此方法也称为按期望开环对数频率特性设计串所以，此方法也称为按期望开环对数频率特性设计串联

11、校正安装。联校正安装。该方法适用于最小相位系统。该方法适用于最小相位系统。 典型典型型系统型系统) 1()(0TssKsGT T确定，确定，K K可调可调 通常要求幅频特性曲线以通常要求幅频特性曲线以 -20dB/dec-20dB/dec的斜率穿越零分贝的斜率穿越零分贝线，那么可经过调整线，那么可经过调整K K来实现。来实现。Kc KTarctan90180 451KT-20-20-40-40即：即：工程上：工程上：)2()1()(20nnssTssTKsG当当KT=0.5KT=0.5时，时，=0.707=0.707，%=16.3% (=5%)%=16.3% (=5%) 典型典型型系统型系统)

12、 1()(20TssKsG构造不稳定系统构造不稳定系统要使系统稳定，串入要使系统稳定，串入PDPD环节。环节。TTsssKsG ) 1() 1()(2H Hc12TH122HHc121Hc11HHMr采用采用MrMr最小法，即把闭环系统最小法，即把闭环系统的振荡性目的的振荡性目的MrMr放在开环系统放在开环系统截止频率截止频率cc处。处。例：知串联校正前后系统的对数幅频特性如下图，例：知串联校正前后系统的对数幅频特性如下图，设系统为最小相位系统。画出串联校正安装的设系统为最小相位系统。画出串联校正安装的BodeBode图，写出其传送函数。图，写出其传送函数。6-4 反响校正反响校正反响校正的根

13、本原理反响校正的根本原理p252p252 用反响校正安装包围待校正系统中对动用反响校正安装包围待校正系统中对动态性能改善有艰苦妨碍作用的某些环节，构成态性能改善有艰苦妨碍作用的某些环节，构成一个部分反响回路内回路，或称副回路，一个部分反响回路内回路，或称副回路，在部分反响回路的开环幅值远大于在部分反响回路的开环幅值远大于1 1的条件下，的条件下，部分反响回路的特性主要取决于反响校正安装，部分反响回路的特性主要取决于反响校正安装，而与被包围部分无关；适中选择反响校正安装而与被包围部分无关；适中选择反响校正安装的方式和参数，可以使已校正系统的性能满足的方式和参数，可以使已校正系统的性能满足给定的目的要求。给定的目的要求。)()(1)()(00sGsGsGsGc1)()(0jGjGc)(1)(jGjGc)(1)(sGsGc假设在系统任务频段内，满足：假设在系统任务频段内，满足：那么那么反响校正的根本原理反响校正的根本原理)()(1)()(00jGjGjGjGc已校正闭环系统的开环传送函数为已校正闭环系统的开环传送函数为反响校正的特点：反响校正的特点：可以减弱被反响包围部分环节对控制性能的不利影可以减弱被反响包围部分环节对控制性能的不利影响；响；可以扩展系统的频带宽度，加快呼应速度；可以扩展系统的频带宽度，加快呼应速度；降低系统对参数