第6章系统校正.ppt

第6章控制系统的设计和校正
内容提要
为改善系统的动态性能和稳态性能,常在系统中附加校正装置,这就是系统校正。校正的实质均表现为修改描述系统运动规律的数学模型。设计校正装置的过程是一个多次试探的过程并带有许多经验,计算机辅助设计为系统校正装置的设计提供了有效手段。介绍了基于MATLAB和SIMULINK的线性控制系统设计方法。
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校正的基本概念
对一个控制系统来说,如果它的元部件、参数已经给定,分析它能否满足所要求的各项性能指标。一般把解决这类问题的过程称为系统的分析。在实际工程控制问题中,还有另一类问题需要考虑,即往往事先确定了系统性能指标的要求,或考虑对原已选定的系统增加某些必要的元件或环节,使系统能够全面地满足所要求的性能指标,同时也要照顾到工艺性、经济性、使用寿命和体积等。这类问题称为系统的综合与校正,或者称为系统的设计。
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控制系统的设计任务:
根据被控对象及其控制系统的要求,选择适当的控制器及控制规律设计一个满足给定性能指标的控制系统。
控制系统校正(补偿):通过改变系统结构,或在系统中增加附加装置或元件对已有的系统(固有部分)进行再设计使之满足性能要求。
!控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置
(校正装置)
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系统的性能指标,按其类型可以分为:
(1) 时域性能指标,包括稳态性能指标和动态性能指标;
(2) 频域性能指标,包括开环频域指标和闭环频域指标;
(3) 综合性能指标(误差积分准则),它是一类综合指标,若对这个性能指标取极值,则可获得系统的某些重要参数值,而这些参数值可以保证该综合性能为最优。
控制系统的性能指标
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1. 时域性能指标
评价控制系统优劣的性能指标,一般是根据系统在典型输入下输出响应的某些特征点规定的。常用的时域指标有:
(1) 稳态指标
静态位置误差系数Kp
静态速度误差系数Kv
静态加速度误差系数Ka
稳态误差ess
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2. 频域性能指标
(1) 开环频域指标
开环截止频率ωc (rad/s) ;
相角裕量γ(°) ;
幅值裕量Kg 。
(2) 闭环频域指标
一般应对闭环频率特性提出要求,例如给出闭环频率特性曲线,并给出闭环频域指标如下:
谐振频率ωr ;
谐振峰值 Mr 。
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闭环截止频率ωb与闭环带宽0~ωb :
一般规定A(ω)由A(0)下降到-3dB时的频率,亦即A(ω)由A(0) A(0)时的频率叫作系统的闭环截止频率。频率由0~ ωb的范围称为系统的闭环带宽。
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3. 综合性能指标(误差积分准则)
综合性能指标有各种不同的形式,常用的有以下几种:
(1)误差积分( IE )
(2)绝对误差积分(IAE)
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(3)平方误差积分(ISE)
(4)时间与绝对误差乘积积分(ITAE)
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