自动控制原理与应用第6章

1、自动控制原理与应用电子工业出版社课件制作: 刘湘涛 黄大足第6章 控制系统的综合校正 本章学习目标 6.1 控制系统校正的基础知识6.2 串联校正的基本控制规律6.3 串联校正装置及其特性 6.4 串联校正的设计应用6.5 反馈校正6.6 复合校正6.7 控制系统中的非线性效应 6.8 控制系统设计举例单回路直流调速系统设计 6.9 MATLAB在控制系统校正中的应用 本章小结6.1 控制系统校正的基础知识一、校正问题的提出 二、控制系统的性能指标 三、校正的方式四、校正的本质五、校正装置的设计方法6.2 串联校正的基本控制规律 比例(P),积分(I),微分(D)控制常称为线性系统的基本控制规

2、律。应用这些基本控制规律的组合去构成校正装置，把它们附加在系统中，以达到对被控对象实现有效的控制。设计者的任务就是恰当组合这些控制规律，确定连接方式及其参数，构成校正装置，使它与不可变部分共同构成的系统能够全面满足性能指标要求。 6.3 串联校正装置及其特性 一、超前校正二、滞后校正三、滞后超前校正 一、超前校正 6.4串联校正的设计应用 6.5 反馈校正一、反馈校正的基本控制功能二、负反馈校正对不利因素的抑制及取代作用 6.7控制系统中的非线性效应 一、非线性现象举例二、非线性系统运动过程的特点三、典型非线性特性及其对系统性能的影响 3、间隙特性 间隙特性对系统性能的影响主要有两点：第一，由

3、于间隙的不确定性，降低了系统的定位精度，增大了系统的静差。这一点是显见的。第二，由于间隙的存在，给系统带来滞后效应，使系统动态响应的振荡加剧，降低了系统的稳定性。这一点可通过间隙特性在正弦输入下的响应情况来分析，具体见图6-37所示。6.8 控制系统设计举例单回路直流调速系统设计一、概述二、单回路直流调速系统组成及工作原理 三、调速系统的性能指标要求四、系统数学模型的建立五、系统静态参数的确定六、系统校正网络参数的确定七、系统校正网络的工程实现一、概述综合设计一个控制系统的大致过程是：根据对系统提出的技术要求，确定控制系统的总体方案，即确定系统的构成并选用和计算系统各组成部件的主要特性(如执行

4、机构、测量部件等)；在系统方案及各组成部件已知的条件下，通过理论分析或实验的方法，建立系统不变部分的数学模型，并依条件进行必要的简化；进行系统的静态设计，主要是确定系统的静态放大系数并进行合理的分配；在静态设计的基础上，进行动态设计。一般应从检查系统的稳定性开始，进而选择系统的校正方案及参数；进行数学仿真研究，并进一步修改和调整校正网络参数或形式。在数学仿真研究时，除了研究线性模型时的系统特性外，还应考虑系统中可能有的非线性特性，研究它们对系统性能的影响。数学仿真通常可利用现有软件或单独开发计算仿真程序，在计算机上进行。确定校正网络的工程实现方法。上述各项工作，基本上还是属于原理设计阶段的工作

5、，在理论设计完成后，还有大量的工程实施工作需要完成，这些工作已超过了本书的范围。下面，通过单回路直流调速系统的设计来说明上述过程。 二、单回路直流调速系统组成及工作原理三、调速系统的性能指标要求五、系统静态参数的确定六、系统校正网络参数的确定 七、系统校正网络的工程实现 6.9 MATLAB在控制系统校正中的应用 本章小结 为了改善控制系统的功能，常需要校正系统的特性，本章主要阐述了系统的校正方式、基本控制规律、校正装置的特性和校正装置的设计方法，主要内容是： 1、线性系统的基本控制规律有比例控制、积分控制和微分控制三种，应用这些基本控制规律的组合构成的校正装置附加在系统中，可以达到校正系统特

6、性的目的。 2、按照校正装置附加在系统中的位置不同，可分为串联校正、反馈校正和复合校正。无论采用何种方案去设计校正装置，都可归结为修改描述系统运动规律的数学模型。 3、串联校正在技术上较易实现，因此在系统校正中被广泛采用。超前校正装置有相位超前和幅值扩张的特性，能提供微分控制功能，主要用于改善系统的动态性能；滞后校正装置具有相位滞后和幅值压缩的特性，能提供积分控制功能，主要用于改善系统的稳态性能，也可用于改善系统的平稳性，但响应的速度受到影响；滞后-超前校正兼有滞后校正和超前校正的特性，可全面改善系统的性能。 4、反馈校正以其独有的特点，可用来改造不希望的特性，达到改善系统性能的目的。 5、复合校正是一种开式与闭式控制的组合校正方式，它能很好地解决系统的稳定性与控制精度，抗干扰与跟踪之间的矛盾，使系统达到高精度控制的目的。 6、按校正装置的实现元件不同，可分为有源校正装