控制系统的校正

第6讲

自动控制系统的校正设计课程内容:

控制系统设计原则超前校正基本方法滞后校正基本方法需要掌握内容控制系统设计的基本原则及原因。系统的时域和频域指标超前（滞后）校正的基本原理、特点及控制器传函、Bode图。6.1校正问题的提出控制系统设计的基本步骤1、元件选择根据工作条件、被控信号的最大速度或加速度，初步选定执行元件的型式、参数等。2、传感器的选择根据测量精度、被测信号的物理性质，选择合适的测量变送元件3、放大器的选择

调整放大器的增益，使得系统性能满足要求。

4、采用校正装置若调整增益不能满足指标，增加参数及特性可按需改变的校正装置校正:为了实现预期性能而对控制系统结构进行的修改或调整.校正装置:为改善系统的性能而加入的附加部件或电路.6.2控制系统的性能指标

性能指标选择原则（1）不同控制系统对性能指标有不同的侧重。（例如：调速系统对平稳性和稳态精度要求，随动系统侧重快速性）各尽所能（2）指标的提出符合实际系统的需要和可能。(例如:响应时间考虑物理实际,超调量问题)不要大跃进

时域指标：调整时间、超调量、阻尼比、稳态误差

频域指标：相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、幅值穿越频率鲁棒性指标最大灵敏度控制系统设计的一般原则（1）低频区：希望提供尽可能高的增益，达到小的误差。

对系统品质指标的要求，可以归结为对系统开环频率特性的要求。?0型系统静态位置误差常数Kp20lgKpⅠ型系统静态速度误差常数KvKv0Ⅱ型系统-40-60静态加速度误差常数Ka（2）中频区：斜率限制在-20dB/dec，保证系统的稳定性Bode幅相关系（3）高频区：尽可能快的衰减，减小高频噪声的干扰高频时，闭环频率特性和开环频率特性近似重合控制系统可以看做一个低通滤波器。6.3控制系统的校正方式串接于系统前向通道之中接在系统局部反馈通路之中频域校正基本分析稳态误差快速性稳定性低频增益剪切频率相位裕量稳态误差不满足要求增加k误差减小快速性增加稳定性变差响应速度不满足要求ωc稳定性不满足要求

超前校正的实质是对于相角裕量小的系统,引入超前校正网络,利用其产生的最大相角来增加系统的相角裕量.6.4超前校正LoopShaping-回路整形α<1超前元件最大超前相角频率最大超前相角超前网络相角在ωm处的幅值相角与参数α之间的关系例题开环传递函数要求：单位速度输入下稳态误差e=0.05,相位裕量50度，幅值裕量10dB①根据稳态误差要求，确定K稳态速度误差系数稳态误差②根据已确定的开环增益，计算系统相角裕量L/dB120-90-180φ相角裕量17度③确定利用超前网络需补偿的角度φ0-90-180校正后的幅值穿越频率需补偿的角度为50-(17-5)=38④确定系数α由得⑤确定幅值穿越频率大小校正后幅值穿越频率⑥确定超前网络的转角频率⑦确定超前网络⑧对校正后的频率特性进行验算稳定性？响应速度？超前校正基本步骤满足？指标开环增益需要相角确定α确定T确定ωc结束否超前校正的特点1、利用超前网络的相角超前量提供裕量。2、校正后使系统的闭环带宽增加。(1)闭环系统带宽的要求。若校正系统带宽过大，使得通过系统的高频噪声电平很高，则系统可能失控(2)幅值穿越频率附近的相角迅速减小，则校正系统的相角裕量改善不大，很难得到足够的相角超前超前校正的限制条件

利用滞后网络的高频幅值衰减特性，使系统的截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。6.5滞后校正滞后校正网络波德图例题开环传递函数要求：单位速度输入下稳态误差为0.2

相位裕量40度幅值裕度10dB①根据稳态误差要求，确定开环增益K稳态误差开环增益②计算系统的相角裕量0.1210º-90º-180ºωcL/dBΦ(ω)是否可以采用超前校正相角裕度-20º未校正系统的阶跃响应③确定需提供的相角裕量00º-90º-180º需提供相角裕量40º+12º=52º④确定新的幅