自动控制理论(华北电力保定研究生初试)单元总结6

1、控制系统的设计与改造p 基本概念基本概念p 根轨迹校正法根轨迹校正法p 频域校正法频域校正法p 典型习题归类典型习题归类p 习题讲解与练习习题讲解与练习基本概念 控制系统结构设计的基本思路 串联校正的基本思想 校正装置的数学模型及特性分析 控制系统根轨迹法设计与校正的基本思路 控制系统频域法设计与校正基本思路 控制系统结构设计的基本思路 控制方案n 单回路负反馈控制系统n 串级双回路负反馈控制系统n 前馈加反馈复合控制系统 特性分析及适用情况 n结构简单，适合对象结构简单的一般控制系统。n当被控对象阶次较高、延迟和惯性较大、单回路控制方案难以保证控制水平时，通常采用串级双回路控制方案，一般可以

2、改善系统的稳定性并加快系统的调节速度。n当控制系统存在强确定干扰信号时，在反馈控制系统中增加扰动前馈，从而提高系统抗干扰的能力。当控制系统测量值跟踪给定值的能力较弱时，可以通过增加给定前馈来提高这一性能，其中包括改善动态和静态性能，前馈作用的介入不影响系统的稳定性。串联校正的基本思想结构：串联校正即为单回路负反馈结构形式（固化部分），校正装置与受控对象串联形成负反馈控制系统，如图所示。校正机理：基于受控对象的数学模型，选择校正装置的结构形式和参数取值，使控制系统的各项性能指标满足设计要求。特点：满足性能指标要求的校正装置是非唯一的。故选择校正装置时，即要考虑到计算过程简单，又要考虑到便于工程实

3、现。)(sGc)(0sG选择开环结构参数，设选择开环结构参数，设计闭环系统性能！计闭环系统性能！校正装置的数学模型及特性分析校正装置的数学模型n时域校正模型（增加开环零极点） 动态校正装置静态校正装置n频域校正模型 （增加开环超前或滞后网络）动静态超前校正装置静静滞后态校正装置、校正装置的物理实现无源网络、有源、工业用PID调节器、计算机等。)()(ccczsksG)0()()()(ccccccpzpszsksG)0,0()()()(cccccccczpzppszsksG) 1() 1() 1()(aTsaTssksGacc) 1() 1() 1()(aaTsTssksGacc静态部分动态部分

4、控制系统根轨迹法设计与校正的基本思路选择校正装置 。绘制 。确定系统的希望主导极点是否在根轨迹上，若已经在根轨迹上，则确定该点处根轨迹的增益，并由此确定校正装置的KC值.若希望主导极点不在根轨迹上且位于根轨迹的左侧，则需要增加动态校正网络加以校正。校正作用的效果是使根轨迹向左侧靠近实轴的方向移动,从而提高系统的动态性能。定量确定动态校正装置的参数，包括零点、极点和KC的取值。由于满足指标要求的校正装置其形式是非唯一的，所以校正方法存在多种。定量确定零极点坐标，依据相位条件。定量确定KC的取值，依据幅值条件。基于校正后的开环传递函数检验校正结果。增加靠近原点处的耦极子（静态校正装置），可以在不改

5、变动态性能的前提下提高系统的开环增益，从而达到减小系统静态误差的目的。ccksG)(1)()()(00sGksGsGcc控制系统频域法设计与校正的基本思路根据受控对象，确定满足静态指标要求的 的取值。绘制 的BODE曲线。计算性能指标，检验是否满足设计要求。n若剪切频率和相角裕量均不满足，增加超前网络，以求得中频段后移且折线负斜率的模变小，从而使剪切频率和相角裕量均增大。n若剪切频率足够大，或系统设计对此没有具体要求，而相角裕量不足，则增加滞后网络，以求得中频段前移且折线负斜率的模变小，通过牺牲剪切频率换取相角裕量均增大。 校正装置动态部分的参数取值是非唯一的，同样，要考虑到计算过程的简单和装

6、置的工程适用性。依据希望性能指标和幅频、相频特性确定校正装置动态部分的参数 和T的取值。acsk)(0sGskac根轨迹校正法根轨迹校正法取比例装置，绘根轨迹，确认主导极点在根轨迹左侧，需要进行动态校正。选择单零点校正装置 ；单零点校正参数确定方法n之一：由设计指标得主导极点位置。令希望特征方程=加入校正后的特征方程，由此直接获得校正装置中参数的取值。n之二：由相角条件计算装置角增量：从主导极点S1引射线与实轴相交，取交角等于计算的角增量；与实轴交点坐标的数值为校正装置的零点坐标（以直角三角形关系求得）；主导极点代入幅值条件，计算 中的参数 。)()(ccczsksG)()(ccczsksG)

7、() 12()()(101sGksGzsccck取比例装置，绘根轨迹，确认主导极点在根轨迹左侧，需要进行动态校正。选择零极点校正装置 ；零极点校正参数确定方法n由相角条件计算装置角增量：n根据主导极点S1位置引三条射线，采用角平分线法，几何确定零极点位置；n基于三角形的正弦定理计算零极点坐标取值；n将主导极点代入幅值条件，计算校正装置中的参数 。 )() 12()()()(101sGksGPszscccck)0()()()(ccccccpzpszsksG 频域校正法频域校正法动静态超前校正步骤动静态超前校正步骤动静态滞后校正步骤动静态滞后校正步骤 两种校正方法的静态性能校正步骤相同。均由静态指

8、标和受控对象传递函数确定系统型别,从而确定校正装置a及中kC的取值。在完成静态校正后进行动态校正。acsk动态超前校正步骤计算满足静态指标后的开环传递函数具有的动态性能剪切频率和相角裕量，若均不足要求，选择超前网络计算超前网络的补偿角： 计算校正装置的参数： 计算校正后的穿越频率：，最大超前角在校正后的穿越频率处 计算校正装置的时间常数T： 获得超前校正网络传递函数为动态性能校验：由计算校正后的系统性能指标，若不足，则适当增大超前角，重复上述计算过程。rr*sin1sin10lg10)(cLcmT1111TsTsGc动态滞后校正步骤计算原系统动态指标：剪切频率和相角裕量。且相交裕量不足设计要求

9、，剪切频率较大，或无具体要求。根据满足静态指标的传递函数和相位条件寻找频率满足相角裕量要求的频率取值（定义为校正后的剪切频率）：计算校正装置参数：计算校正装置的时间常数T：为使滞后校正网络在穿越频率处，相位滞后足够的小，取： 。 获得滞后校正网络传递函数为：动态性能校验。,)*(180)()(180*ccc前前0lg20) (cL前)10151(1cT) 1() 1() 1()(aaTsTssGc典型习题归类典型习题归类校正装置结构特性分析前馈、局部反馈设计方案的作用分析根轨迹法动态校正动静态频域校正在BODE曲线上定性分析系统的动态、静态及抗高频干扰信号的能力习题讲解与练习习题讲解与练习建立图示动态校正装置的传递函数，并确定装