自动控制原理课件(第2版)5

第五章控制系统的校正与设计5.1控制系统的预期数学模型通过对控制系统的开环频率特性与闭环性能之间关系的研究，可知一个好的控制系统，其对数幅频特性曲线应满足如下要求：1．低频段：其斜率应为-20dB/dec或-40dB/dec，并具有一定的高度。低频段反映控制系统的稳态精度。2．中频段：其斜率应为-20dB/dec，穿越频率足够大，中频有一定的宽度。中频段反映系统的动态性能。3．高频段：其分贝值应为负值，分贝值和斜率越负，系统抗干扰能力越强。 根据上述要求，理想控制系统的对数幅频率特性曲线如图所示，对应的控制系统分别称为典型I型系统和典型II型系统。5.1控制系统的预期数学模型5.1控制系统的预期数学模型5.1控制系统的预期数学模型5.1.2典II型系统1．典II型系统的数学模型

典II型系统含有两个积分环节、一个一阶微分环节、一个惯性环节构成，是二阶无静差系统，其伯德图如图5-3所示。5.1控制系统的预期数学模型2．典II型系统的参数整定原则 由表可知，中频宽值增大，系统的超调量减小，相位裕量增大，系统的平稳性和稳定性变好；但中频宽过大时上升时间和调节时间增大，系统的快速性变差。系统设计时可根据设计要求选取相应的值。5.1控制系统的预期数学模型5.1.3两种预期数学模型的比较5.1控制系统的预期数学模型5.2控制系统的校正当控制系统的实际数学模型与预期数学模型不一致时，就要在系统中附加一些装置，改变系统的结构，从而改变系统的性能，使之满足工程设计的要求，这种措施我们称之为系统的校正。引入的附加装置称为校正装置。系统中除校正装置外的其它部分称为系统的固有部分。控制系统的校正就是根据系统固有传递函数和对系统性能的要求，确定校正装置的结构和参数。系统校正的一般方法是在系统的前向通道上串入校正装置，它与系统固有传递函数综合后得到预期的开环传递函数，这种校正方法称为串联校正。三、校正装置（线性系统的基本控制器）一般由P、I、D控制器或电网络组成。

1.P、I、D控制器（串联前向通路中）①比例P控制：将比例控制作为校正装置串在前向通路中

其作用：使开环增益提高，稳态误差减小，且使原系统对数幅频特性高度上升。相位裕度减小，降低相对稳定性。

5.2控制系统的校正可见：单独引入比例控制不能使系统性能全面提高。

②积分控制 ：

可调

引入积分控制相当引入一积分环节，型别提高，从而可消除或减小稳态误差，提高稳态性能。但积分控制器致系统相对稳定性较差，甚至不稳定。通常采用比例+积分控制（PI）。

5.2控制系统的校正③比例+积分控制（PI）

5.2控制系统的校正串联前向通路中，低频段下降，亦型别提高，稳态性能得到改善，对相位裕度有影响，但不大，可认为不相对稳定性影响不大，动态性能基本不变。

5.2控制系统的校正④比例+微分控制（PD）

串联在前向通路中，使系统的相位超前，相对稳定性变好（变大）

幅频特性中，高频段增益加大，使增大，导致变大，响应速度快。

5.2控制系统的校正⑤比例加积分加微分控制（PID）

均为可调参数。

设

5.2控制系统的校正

（低频数PI起作用）

低频数：PI作用，使稳态性能改善高频数：PD作用，使增加，快速性加强。

5.2控制系统的校正5.2控制系统的校正5.2控