机械控制工程基础第六章

第六章系统的性能与校正一、系统的性能指标时域性能指标综合性能指标(误差准则)频域性能指标瞬态性能指标稳态性能指标（稳态误差）延迟时间td；上升时间tr；峰值时间tP；最大超调量MP；调整时间tS(或过渡过程时间)相位裕度；增益(或幅值)裕度Kg；复现频率m及复现带宽0～m

；谐振频率r及谐振峰值Mr

；截止频率b及截止带宽(简称带宽)0～b

。制作：华中科技大学校正的概念二、系统的校正放大执行被控对象测量K（可调）惟有增益K可调K↑，稳态误差↓，响应加快，但稳定性下降；仅靠增益调整一般难以同时满足所有的性能指标制作：华中科技大学校正的概念二、系统的校正①原系统（P=0）————不稳定②减小K———稳定，但对稳态性能不利③加入新环节（改变系统的频率特性曲线）————稳定，但不改变稳态性能制作：华中科技大学校正的概念二、系统的校正①原系统（P=0）————稳定，但相位裕度小，调整时间长减小K，不改变相位裕度②加入新环节————产生正的相移，提高相位裕度制作：华中科技大学校正的概念二、系统的校正校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改善系统的性能在提高某些性能指标的同时，能保证其它性能指标满足要求；制作：华中科技大学校正的分类二、系统的校正串联校正：增益调整；相位超前；相位滞后；相位超前—滞后反馈校正顺馈校正：开环复合控制制作：华中科技大学相位超前校正——使某频段的相位增加三、串联校正dBω－90°－180°dBω－90°－180°－270°不稳定稳定，相位裕度不够制作：华中科技大学相位超前校正典型物理环节：传递函数：幅频特性：频率特性：相频特性：∠Gc(j)=(j)

=arctgT-arctgT＞0

制作：华中科技大学相位超前校正α不同时的Nyquist图：Bode图：(α＝0.1，T=T1,T2,T3)

由：有：最大相移处的频率显然（位于两个转折频率的对数中点，即Bode图上的几何中点）最大相移：制作：华中科技大学相位超前校正设计举例稳态性能指标：单位恒速输入时的稳态误差ess＝0.05；频域性能指标：相位裕度≥50°，增益裕度20lgKg≥10dB。

性能要求：要求的开环增益：未加校正时的频率特性：系统稳定，且增益裕度≥10dB，但相位裕度＜50°，不满足性能要求。

制作：华中科技大学相位位超超前前校校正正设设计计举举例例需增增加加的的相相位位超超前前量量：m＝50°－－17°＋＋5°＝＝38°由：得到到对对应应的的αα值值约约为为0.24校正正环环节节在在m点上上造造成成的的对对数数幅幅频频特特性性的的上上移移量量：：加入入校校正正环环节节后后，，新新的的剪剪切切频频率率应应为为c＝9s-1故有：T=0.23s；αT＝0.055s制作作：：华华中中科科技技大大学学相位位超超前前校校正正设设计计举举例例校正环节的频率特性：原开环增益应调整为：校正后系统的开环传递函数：增大大相相位位裕裕度度，，增增大大带带宽宽，，加加快快响响应应速速度度制作作：：华华中中科科技技大大学学相位位滞滞后后校校正正————使使某某频频段段的的相相位位滞滞后后三、、串串联联校校正正dBω－0°－90°－180°增大K传递递函函数数：相位位滞滞后后校校正正原原理理在在于于保保持持低低频频增增益益不不变变，，而而使使高高频频增增益益下下降降。。而而不不在在于于相相位位滞滞后后效效应应。。制作作：：华华中中科科技技大大学学相位位滞滞后后校校正正————使使某某频频段段的的相相位位滞滞后后三、、串串联联校校正正增大大K增增益益（（减减小小稳稳态态误误差差））的的同同时时保保证证稳稳定定性性和和快快速速性性制作作：：华华中中科科技技大大学学3.相相位位滞滞后后——超超前前校校正正三、、串串联联校校正正制作作：：华华中中科科技技大大学学PID校正正按按偏差差的比比例例、、积积分分和和微微分分进进行行控控制制PID调节节器器的的一一般般形形式式校正正环环节节→→调调节节器器→→控控制制器器→→控控制制策策略略→→控控制制算算法法四、、PID校校正正———有有源源校校正正制作作：：华华中中科科技技大大学学1.比例例环环节节校校正正Kp>1，，则则幅幅频频上上移移，，稳态态误误差差减减小小；；wc右移移，，响应应加加快快，，稳稳定定性性下下降降。。Kp<1，，则则幅幅频频下下移移，，稳态态误误差差增增大大；；wc左移移，，响应应变变慢慢，，稳稳定定性性提提高高。。制作作：：华华中中科科技技大大学学2.比例例微微分分环环节节校校正正由图图可可知知：：PD调节节器器相相位位超超前前Kp=1时，，相当当于于导导前前环环节节制作作：：华华中中科科技技大大学学PD调节节器器的的校校正正作作用用1.相相位位裕裕度度增增加加，，稳定定性性增增强强2.wc右移，响应速度提提高3.高频增增益上升，，抗干扰能力力减弱制作：华中中科技大学学3.比例积分环环节校正Kp=1时，相当于积分分环节串接导前环环节制作：华中中科技大学学PI调节器的校校正作用校正的作用用：1.增加积积分环节，，提高系统阶阶次，系统稳态误误差减小2.相位裕裕度减小，，稳定性降低低(只有在稳稳定裕度比较大的时时候才用)制作：华中中科技大学学PID调节器令PI,PD都作作用制作：华中中科技大学学一般相当于积分环节串接两个导导前环节PID调节器制作：华中中科技大学学参数转换关关系已知Ti、Td、Kp，建立方程组组，解出Ti2、Td2、Kp3PID调节器制作：华中中科技大学学PID调节器校正作用：：1.低频频段，积分分起作用，，减小低频稳稳态误差2.高频频段，微分分起作用，，加快响应，，改善动态态3.Kp决定控制作作用强弱,Kp影响系统的的动态性能和和稳定性能能。制作：华中中科技大学学若原系统惯性时间常常数为T增加反馈环环节K反馈校正后后，时间常常数系统响应加加快动态性能改改善比例反馈，，位置反馈馈五、反馈校校正制作：华中中科技大学学系统超调量量降低微分反馈，，速度反馈馈制作：华中中科技大学学局部传递函函数若与G2无关抑制了G2内部常出现现的扰动反馈可校正正系统，降降低超调，，加快响应应反馈还可抑抑制扰动，，减小参数数波动制作：华中中科技大学学校正前加上顺馈后后其中，六、顺馈校校正制作：华中中科技大学学校正前加上顺馈后后若则消除偏差和和误差，并保持传递递函数分母母不变顺馈校正可可减小系统统的误差，，且不改变变系统稳定定性制作：华中中科技大学学例：既有输输入Xi又有扰动N线性系统，，可单独考考虑扰动作作用。设Xi=0，有顺馈k4顺馈k4制作：华中中