自动控制理论第5章课件

第五章控制系统的校正与工程设计第五章控制系统的校正与工程设计1微分方程子系统传递函数全系统传递函数子系统物理定律拉氏变换

方框图系统性能分析

时域频域校正合格的控制系统控制系统校正的概述控制系统的设计指标要求串联校正并联校正

PID校正微分方程子系统传递函数全系统传递函数子系统物理定律拉氏变2控制系统的校正概述给定环节被控对象

测量环节

比较环节

放大环节

干扰信号

执行环节

校正环节

系统有不可变部分，需要通过可变部分来调节整体的性能控制系统的校正概述给定环节被控对象测量环节比较环节放3校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)串联校正并联校正反馈校正顺馈校正校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)4校正装置无源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C1相位滞后相位超前相位滞后-超前CR2－﹢﹢R1R3R2－﹢﹢CR3PI校正PD校正校正装置无源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C15频域特性的性能指标零值幅值复现频率与带宽谐振频率与谐振峰值截止频率与截止带宽频域特性的性能指标零值幅值复现频率与带宽谐振频率与谐振峰值截6控制系统的设计指标要求时域性能指标频域性能指标闭环开环控制系统的设计指标要求时域性能指标频域性能指标闭环开环7一阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环一阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环8二阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环二阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环9校正的原则低频段：足够高的增益，保证系统稳态精度。中频段：Bode图中幅频特性曲线穿过0dB线的斜率在-20dB/sec，保证系统的稳定性。高频段：开环幅频特性曲线尽可能地衰减，以减小高频噪声对系统的干扰。校正的原则低频段：足够高的增益，保证系统稳态精度。中频段：B10串联校正R1R2C相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正串联校正R1R2C相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正111.

根据给定的系统稳态指标，如稳态误差系数，确定开环增益Ｋ２．绘制未校正系统的伯德图，并计算相角裕量３．根据给定的相角裕量，计算所需的相角超调量４．令，并确定考虑到校正后剪切频率改变所留的裕量，常取利用Bode图进行相位超前校正考虑到校正后剪切频率改变所留的裕量，常取利用Bode图进行相12５．确定新的剪切频率．使未校正系统的对数幅值为处的频率为新的剪切频率６．求超前校正装置的转折频率７．确定校正环节的传递函数．８．确定校正环节的参数.

５．确定新的剪切频率．使未校正系统的对数幅值13例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校正系统Bode图Ⅰ型系统例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校14（2）未校正系统（3）计算校正环节最大超前角（4）确定校正环节系数（2）未校正系统（3）计算校正环节最大超前角（4）确定校正环15（5）确定校正后剪切频率（6）确定校正环节转角频率（5）确定校正后剪切频率（6）确定校正环节转角频率16R1R2C相位超前校正（7）确定校正环节的传递函数校正环节会使输出衰减，必须进行补偿（8）确定校正环节的参数R1R2C相位超前校正（7）确定校正环节的传递函数校正环节会17（9）校正后的系统传递函数R(S)C(S)Gc(S)－（9）校正后的系统传递函数R(S)C(S)Gc(S)－18串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1CR2串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1CR219例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校正系统Bode图Ⅰ型系统例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校20（2）未校正系统（3）计算校正环节剪切频率（2）未校正系统（3）计算校正环节剪切频率21（5）确定校正环节转角频率（4）确定校正环节系数（5）确定校正环节转角频率（4）确定校正环节系数22相位滞后校正（6）确定校正环节的传递函数（7）确定校正环节的参数R1CR2（8）校正后的系统传递函数R(S)C(S)Gc(S)－相位滞后校正（6）确定校正环节的传递函数（7）确定校正环节的23串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1C2R2C1串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1C2R24并联校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)反馈校正顺馈校正并联校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)25PID校正R2－﹢﹢R1R3比例控制器CR2－﹢﹢R1R3比例积分控制器R2－﹢﹢CR3比例微分控制器R2－﹢﹢C1R3C2比例微积分控制器PID校正R2－﹢﹢R1R3比例控制器CR2－﹢﹢R1R3比26R2－﹢﹢R1R3比例控制器PR(S)C(S)－R2－﹢﹢R1R3比例控制器PR(S)C(S)－27比例积分控制器PICR2－﹢﹢R1R3R(S)C(S)－比例积分控制器PICR2－﹢﹢R1R3R(S)C(S)－28比例微分控制器PDR(S)C(S)－R2－﹢﹢CR3比例微分控制器PDR(S)C(S)－R2－﹢﹢CR329比例微积分控制器PIDR(S)C(S)－R2－﹢﹢C1R3C2比例微积分控制器PIDR(S)C(S)－R2－﹢﹢C1R3C30PID控制器设计R(S)C(S)－Ⅰ型系统（二阶期望特性系统）Ⅱ型系统PID控制器设计R(S)C(S)－Ⅰ型系统（二阶期望特性系统31PID控制器设计R(S)C(S)－Ⅱ型系统（三阶期望特性系统）PID控制器设计R(S)C(S)－Ⅱ型系统（三阶期望特性系统32习题习题33第五章控制系统的校正与工程设计第五章控制系统的校正与工程设计34微分方程子系统传递函数全系统传递函数子系统物理定律拉氏变换

方框图系统性能分析

时域频域校正合格的控制系统控制系统校正的概述控制系统的设计指标要求串联校正并联校正

PID校正微分方程子系统传递函数全系统传递函数子系统物理定律拉氏变35控制系统的校正概述给定环节被控对象

测量环节

比较环节

放大环节

干扰信号

执行环节

校正环节

系统有不可变部分，需要通过可变部分来调节整体的性能控制系统的校正概述给定环节被控对象测量环节比较环节放36校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)串联校正并联校正反馈校正顺馈校正校正方式R(S)H(S)C(S)Gc(S)－G2(S)37校正装置无源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C1相位滞后相位超前相位滞后-超前CR2－﹢﹢R1R3R2－﹢﹢CR3PI校正PD校正校正装置无源校正有源校正R1CR2R1R2CR1C2R2C138频域特性的性能指标零值幅值复现频率与带宽谐振频率与谐振峰值截止频率与截止带宽频域特性的性能指标零值幅值复现频率与带宽谐振频率与谐振峰值截39控制系统的设计指标要求时域性能指标频域性能指标闭环开环控制系统的设计指标要求时域性能指标频域性能指标闭环开环40一阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环一阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环41二阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环二阶系统时域性能指标频域性能指标闭环开环42校正的原则低频段：足够高的增益，保证系统稳态精度。中频段：Bode图中幅频特性曲线穿过0dB线的斜率在-20dB/sec，保证系统的稳定性。高频段：开环幅频特性曲线尽可能地衰减，以减小高频噪声对系统的干扰。校正的原则低频段：足够高的增益，保证系统稳态精度。中频段：B43串联校正R1R2C相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正串联校正R1R2C相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正441.

根据给定的系统稳态指标，如稳态误差系数，确定开环增益Ｋ２．绘制未校正系统的伯德图，并计算相角裕量３．根据给定的相角裕量，计算所需的相角超调量４．令，并确定考虑到校正后剪切频率改变所留的裕量，常取利用Bode图进行相位超前校正考虑到校正后剪切频率改变所留的裕量，常取利用Bode图进行相45５．确定新的剪切频率．使未校正系统的对数幅值为处的频率为新的剪切频率６．求超前校正装置的转折频率７．确定校正环节的传递函数．８．确定校正环节的参数.

５．确定新的剪切频率．使未校正系统的对数幅值46例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校正系统Bode图Ⅰ型系统例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校47（2）未校正系统（3）计算校正环节最大超前角（4）确定校正环节系数（2）未校正系统（3）计算校正环节最大超前角（4）确定校正环48（5）确定校正后剪切频率（6）确定校正环节转角频率（5）确定校正后剪切频率（6）确定校正环节转角频率49R1R2C相位超前校正（7）确定校正环节的传递函数校正环节会使输出衰减，必须进行补偿（8）确定校正环节的参数R1R2C相位超前校正（7）确定校正环节的传递函数校正环节会50（9）校正后的系统传递函数R(S)C(S)Gc(S)－（9）校正后的系统传递函数R(S)C(S)Gc(S)－51串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1CR2串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1CR252例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校正系统Bode图Ⅰ型系统例R(S)C(S)Gc(S)－要求（1）计算开环增益及未校53（2）未校正系统（3）计算校正环节剪切频率（2）未校正系统（3）计算校正环节剪切频率54（5）确定校正环节转角频率（4）确定校正环节系数（5）确定校正环节转角频率（4）确定校正环节系数55相位滞后校正（6）确定校正环节的传递函数（7）确定校正环节的参数R1CR2（8）校正后的系统传递函数R(S)C(S)Gc(S)－相位滞后校正（6）确定校正环节的传递函数（7）确定校正环节的56串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1C2R2C1串联校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后-超前校正R1C2R57并联校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)Gc(S)－R(S)H(S)C(S)－G2(S)Gc(S)反馈校正顺馈校正并联校正R(S)H(S)C(S)G1(S)－G2(S)58PID校正R2－﹢﹢R1R3比例控制器C