自动控制原理——胡寿松线性系统的校正新学习教案

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1、会计学1自动控制原理自动控制原理(yunl)胡寿松线性系统胡寿松线性系统的校正新的校正新第一页，共74页。重点(zhngdin)：串联校正第1页/共74页第二页，共74页。第2页/共74页第三页，共74页。一 概述(i sh)第3页/共74页第四页，共74页。串联(chunlin)校正：Gc(s)与主回路串联(chunlin)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sGc)(sGo反馈校正：)(sR)(sC)(sH)(sE)(sGo)(sGcGc(s)接在系统局部反馈通路中 Gc(s)一般接在误差测量点之后和放大器之前第4页/共74页第五页，共74页。)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE

2、)(sG)(sGc前馈校正（对给定(i dn)值处理）前馈校正（对扰动的补偿）第5页/共74页第六页，共74页。+-R(s)E(s)C(s)(sG)(sGr+-+R(s)E(s)N(s)C(s)图3-26 按扰动补偿的复合控制系统)(2sG)(1sG)(sGn按输入(shr)补偿的复合控制 按扰动(rodng)补偿的复合控制 在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成一个有机的整体。第6页/共74页第七页，共74页。超前校正(jiozhng)(相角超前)滞后(zh hu)校正(相角滞后(zh hu)超前-滞后校正第7页/共74页第八页，共74页。(1)P 比例控制(2)PD控制(kngzh)(3

3、)I控制(kngzh)(4)PI控制(5)PID 控制第8页/共74页第九页，共74页。分析法又称试探法:设计者根据待校正系统的特点、性能和期望的校正后系统特性，先根据经验初定校正装置的形式，并进一步计算满足条件的校正装置环节参数。最后通过校验确定设计环节是否满足要求。用分析法设计校正装置比较直观(zhgun)，在物理上易于实现，但要求设计者有一定的工程设计经验。设计过程带有试探性。第9页/共74页第十页，共74页。第10页/共74页第十一页，共74页。用根轨迹进行校正设计时，将系统的性能指标转化为S平面上一对希望主导极点，然后适当选择校正装置(zhungzh)的零极点位置，迫使已校正系统的根

4、轨迹通过希望主导极点位置，使系统实际主导极点与希望主导极点接近重合。(2)频率法由于开环对数频率特性的低频段表征闭环系统的稳态性能，中频段表征动态性能，高频段表征系统的复杂性和滤波性能，因此加入参数适当的校正装置，以满足系统的动态和稳态误差的要求。第11页/共74页第十二页，共74页。第12页/共74页第十三页，共74页。2.动态(dngti)性能指标：3.频域性能指标：srsr2 21 10 0a av vP Pe eC CC CC CK KK KK KNtttprs、%、grcbrKM确定(qudng)品质指标时,一定要留有余地进行(jnxng)控制系统的校正设计，除了应已知系统不可变部分

5、及参数外，还需要了解对系统提出的全部性能指标要求。性能指标通常是由使用者提出的。第13页/共74页第十四页，共74页。特点：P控制器只改变信号增益而不改变其相位。可提高开环增益，减少系统稳态误差。但是同时也会降低(jingd)系统相对稳定性。r(t)c(t)kp-e(t)m(t)pcKsG)(1.比例控制 确定校正装置具体形式时，应先了解校正装置所提供的控制规律，以便选择相应的元件。第14页/共74页第十五页，共74页。s s)(1 1K KP Pr(t)c(t)-e(t)m(t)1()(sKsGpc特点(tdin)：能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而

6、改善系统的稳定性。在串联校正时，使系统增加一个 的开环零点，有助于系统的相角裕度的提高，动态性能的改善。1 1工程(gngchng)上:)(11)(TTssksGc例第15页/共74页第十六页，共74页。T Ts s1 1r(t)c(t)-e(t)m(t)TssGc1)(特点(tdin):可提高(t go)系统的型别,有利于系统稳态性能的提高(t go)，但积分使相位滞后90度，不利于稳定性。例第16页/共74页第十七页，共74页。)11(sTKiPr(t)c(t)-e(t)m(t)PI控制器主要用来改变系统的稳态性能(xngnng)。串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开

7、环极点，同时增加了一个位于s 左半平面的开环零点。提高了系统的类型,并保证系统是稳定的.特点(tdin):工程上:)(11)(TTssksGc第17页/共74页第十八页，共74页。)11()(ssTKsGiPcssTsTTKiiip12iiiTsTsT41121/4iT若)1)(1()(21sssTKsGiPc不仅(bjn)改善稳态性能，同时改善动态性能R(s)R(s)E(s)E(s)C(s)C(s)K KP P(1+(1+s s)1 1T Ti is sU(s)U(s)-第18页/共74页第十九页，共74页。)1)(1()1)(1()(2121sTsTsssGc又叫超前-滞后(zh hu)校

8、正2211TT第19页/共74页第二十页，共74页。本节概述(i sh)本节集中介绍常用无源及有源校正网络的电路形式(xngsh)、传递函数、对数频率特性及零极点分布图，以便控制系统校正时使用。第20页/共74页第二十一页，共74页。超前网络(wnglu)传递函数TsTssGC11)(1221RRRCRRRRT2121分度系数(xsh)（大于1）时间常数rucu1R2RCT1T10j第21页/共74页第二十二页，共74页。超前校正主要利用相角条件(tiojin)，即中频段的角度增大，增大 提高c第22页/共74页第二十三页，共74页。21111arcsintgcmTm12111)(1)(TTT

9、tgTtgTtgc0)(cd令最大超前的频率(pnl)产生于转折频率(pnl)的比例中项工程(gngchng)上一般：较好205最大超前相角(xin jio)：最大超前频率：越大微分效应越强第23页/共74页第二十四页，共74页。lg20lg10decdB/20m第24页/共74页第二十五页，共74页。%（3）抗高频(o pn)干扰能力较弱（2）使系统的开环增益下降，需提高放大器增益加以补偿。第25页/共74页第二十六页，共74页。TsbTssGC11)(传递函数分度系数(xsh)1122RRRb时间常数(sh jin chn sh)CRRT)(21bTm1bbm111sin1Rrucu2RC

10、无源网络电路图第26页/共74页第二十七页，共74页。blg20decdB/20第27页/共74页第二十八页，共74页。（2）可提高系统的稳态精度。适用(shyng)于动态性能 满足要求，稳态精度需要提高的系统校正。（3）对低频有用信号不产生衰减,对高频噪声信 号有削弱作用。第28页/共74页第二十九页，共74页。22112121)1)(1()1)(1()(TTsTsTsssGc1P2P2Z1Z1Rrucu2R1C2C无源(w yun)滞后-超前网络第29页/共74页第三十页，共74页。第30页/共74页第三十一页，共74页。返回(fnhu)第31页/共74页第三十二页，共74页。一.指导思想

11、 通过引入校正装置Gc(s)来改造(gizo)系统的固有频率特性,使系统的频率特性具有符合要求的频率特性的低、中、高频段。1.低频(dpn)段:只影响系统的稳态性能.2.中频段:决定稳定性与动态性能指标,相对稳定性.3.高频段:抗干扰能力。第32页/共74页第三十三页，共74页。707.02201212rM221nr1)21(21222nb24214(nc2 24 42 21 14 42 2arctgarctg谐振(xizhn)峰值谐振(xizhn)频率带宽频率截止频率相角裕度第33页/共74页第三十四页，共74页。%100%21e超调量调节(tioji)时间nst5.3tgtsc7第34页/

12、共74页第三十五页，共74页。sin1rM)1(4.016.0rM8.11rMcsKt020)1(5.2)1(5.12rrMMK9035 高阶系统频域指标(zhbio)与时域指标(zhbio)的关系第35页/共74页第三十六页，共74页。（）中频区应占据一定的频率范围，以保证在系统(xtng)参数变化时，相角裕度变化不大。过此中频区后，要求系统(xtng)的幅频特性迅速衰减，以削弱噪声对系统(xtng)的影响（）控制系统的带宽频率通常取为：（510）倍有用信号最大频率第36页/共74页第三十七页，共74页。.系统(xtng)的动态性能不满足要求.系统的稳态与动态均不满足要求第37页/共74页第

13、三十八页，共74页。步骤(bzhu)：根据稳态误差的要求，确定开环增益,k 3根据指标要求，计算应提供多大的超前相角0要mc经过-40 dB/dec，52015经过-60dB/dec,校后：cc必须加一个相角追加量2利用已确定的开环增益K，画出Bode 图 根据(1)截止频率处开环模值为1，用解析法；(2)渐近线斜率和交点，用图解法求出截止频率 ;计算原系统的相角裕度 。c0第38页/共74页第三十九页，共74页。mc11arcsinm4求出5计算出，从固有特性上找到的频率lg10lg10mmmT1111.6/2m)()()()()()(11)(.700cccLLLTsTssG8校验是否(sh

14、 fu)满足指标要求，不满足调整追加量再算第39页/共74页第四十页，共74页。)1()(0ssksGdBKsradgc1045/4.4 第40页/共74页第四十一页，共74页。第41页/共74页第四十二页，共74页。利用滞后网络的高频幅值衰减特性，改善系统的稳态性能，这是在保证系统具有一定的稳定裕度前提下，通过提高系统的开环增益实现的 确定滞后校正的参数时，重要的是不使滞后环节(hunji)的滞后相角对系统的相角裕度产生明显的影响，将滞后相角控制在-30范围内 如果所研究的系统(xtng)为单位反馈最小相位系统(xtng)，则应用频域法设计串联无源滞后网络的步骤如下：第42页/共74页第四十

15、三页，共74页。c)(c)(c1 1b bTsTs1 1bTsbTs1 1(s)(s)G G,C C)(c要第43页/共74页第四十四页，共74页。cc)(c0)(lg20cLb1011cbTc第44页/共74页第四十五页，共74页。ks501-0.211020sC(s)R(s)第45页/共74页第四十六页，共74页。)104.0()(ssksG 45%1sse第46页/共74页第四十七页，共74页。第47页/共74页第四十八页，共74页。第48页/共74页第四十九页，共74页。)1)(1()1)(1()(sTsTsTsTsGbabac1滞后(zh hu)部分超前部分第49页/共74页第五十页

16、，共74页。c串联滞后超前校正(jiozhng)的设计步骤：b第50页/共74页第五十一页，共74页。bTc c c0 0s sK Kt t 2 2r rr r0 0 r r1 1)2 2.5 5(M M1 1)1 1.5 5(M M2 2K Ks si in n1 1M M串联滞后(zh hu)超前校正的设计步骤：第51页/共74页第五十二页，共74页。1c 0lg20lg20 cbcTLa)(180)(cc)(ca超前环节(hunji)引起的幅值增益滞后(zh hu)环节引起的幅值衰减原系统在新截止频率处的幅值串联滞后超前校正的设计步骤：第52页/共74页第五十三页，共74页。1)1)s

17、s1)(1)(s ss(s(K K(s)(s)G G2 21 16 61 1V V0 0s/18000100345 例题(lt)第53页/共74页第五十四页，共74页。)()()(0jGjGjGc|)(|lg20|)(|lg20|)(|lg200jGjGjGc第54页/共74页第五十五页，共74页。)11)1()1()(3322322TTsssKsG（-2-1-2型)1()1()(322sTssTKsG第55页/共74页第五十六页，共74页。232332233231213121)(sin2)(0)()(180)(180)(tgddtgtgtgtgm第56页/共74页第五十七页，共74页。322

18、3/TTH中频区宽度(kund)（斜率-20db/dec）sin1sin1)11(sin)(1maxHHHm为保证系统具有以H表征(bio zhn)的阻尼程度，常选121232HHHcc1111rrrMMHHHM第57页/共74页第五十八页，共74页。rrcrrcMMMM1132第58页/共74页第五十九页，共74页。32,Hc第59页/共74页第六十页，共74页。)(sGc返回(fnhu)(sGc第60页/共74页第六十一页，共74页。)1()1()(322sssKsG)()()(0sGsGsGc233223814/TKHTTH)1()1()(322sTssTKsG第61页/共74页第六十二

19、页，共74页。)1()1()(322sssKsG参数(cnsh)选择公式为：2323221THHKHTT5/3223TTH第62页/共74页第六十三页，共74页。)(crM最小 设计适用于对闭环系统的振荡指标有要求(yoqi)的情况。第63页/共74页第六十四页，共74页。第64页/共74页第六十五页，共74页。-R1(s)R(s)G1(S)G2(S)GC(S)C(S)()(1)()()(221sGsGsGsGsGc第65页/共74页第六十六页，共74页。sksGtc)()1/()(2TsTsksGtc222)1/()(TssTksGtc反馈校正除了可以得到与串联(chunlin)校正相同的校

20、正效果外。还可以获得某些改善系统性能的特殊功能第66页/共74页第六十七页，共74页。1c1第67页/共74页第六十八页，共74页。T2T第68页/共74页第六十九页，共74页。)(lg20)(0jGLo)(lg20)(jGL第69页/共74页第七十页，共74页。1)()(2sGSGC)()()()(lg20 02LLjGjGc0|)()(|lg202jGjGc c返回(fnhu)()(1)()(20 sGsGsGsGc)()()()(20 sGsGsGsGc1)()(2sGSGC1)()(2sGSGC第70页/共74页第七十一页，共74页。)(sGC)()(2sGSGC)(sGC第71页/共74页第七十二页，共74页。第72页/共74页第七十三页，共74页。第73页/共74页第七十四页，共74页。