第6章线性系统的校正方法.ppt

第六章线性系统的校正方法
第六章线性系统的校正方法
校正的基本概念
线性系统的基本控制规律
常用校正装置及其特性
6-4 校正装置设计的方法和依据
串联校正
反馈校正
复合校正
小结
校正的基本概念
在研究系统校正装置时, 为了方便, 将系统中除了校正装置以外的部分, 包括被控对象及控制器的基本组成部分一起, 称为“原有部分”(亦称固有部分或不可变部分)。因此, 控制系统的校正, 就是按给定的原有部分和性能指标, 设计校正装置。
在系统中引入一些附加装置来校正系统的暂态性能和稳态性能,使其全面满足性能指标的要求。这些为校正系统性能而有目的地引入的装置称为校正装置。
由控制对象和控制器的基本组成部分构成的反馈控制系统性能一般比较差。
设计的任务:
根据所要求的性能指标和技术条件选择校正装置,确定校正装置的类型并计算出具体参数。
校正中常用的性能指标包括稳态精度、相对稳定裕量以及响应速度等。
(1) 稳态精度指标: 包括静态位置误差系数Kp, 静态速度误差系数Kv和静态加速度误差系数Ka。
(2) 稳定裕量指标: 通常希望相角裕量γ=45°~60°, 增益裕度Kg≥10 dB, 谐振峰值Mr=~, 超调量σ<25%, 阻尼比ζ=~。
等等, 只要考虑得当, 这些关系亦可用来指导高阶系统的设计。
(3) 响应速度指标: 包括上升时间tr, 调整时间ts, 剪切频率ωc , 带宽BW, 谐振频率ωr。
校正装置接入系统的形式主要有两种:一种是校正装置与被校正对象相串联, 如图6-1(a)所示,这种校正方式称为串联校正;
简单、容易实现。
6-1(a) 串联校正
校正装置
G
c
(
s
)
原有系统
G
o
(
s
)
C
(
s
)
R
(
s
)
+
­
为提高性能, 也常采用如图(c)所示的串联反馈校正。图(d)所示的称为前馈补偿或前馈校正。在此, 反馈控制与前馈控制并用, 所以也称为复合控制系统。
可以在保证系统稳定性的前提下,减小稳态误差,抑制可以测得的扰动。
图 6-1 校正装置在控制系统中的位置
一般来说, 串联校正简单, 较易实现。目前多采用有源校正网络构成串联校正装置。串联校正装置常设于系统前向通道的能量较低的部位, 以减少功率损耗。反馈校正的信号是从高功率点传向低功率点, 故通常不需采用有源元件。采用反馈校正还可以改造被反馈包围的环节的特性, 抑制这些环节参数波动或非线性因素对系统性能的不良影响。复合控制则对于既要求稳态误差小, 同时又要求暂态响应平稳快速的系统尤为适用。
综上所述, 能够满足性能指标的校正方案不是唯一的。在进行校正时还应注意, 性能指标不是越高越好, 因为性能指标太高会提高成本。另外当所要求的各项指标发生矛盾时, 需要折衷处理。
线性系统的基本控制规律
图 6-2 控制系统
1. 比例(P-proportion)控制规律
具有比例控制规律的控制器, 称为比例(P)控制器,则Gc(s)=Kp, 称为比例控制器增益。
比例控制(Proportional control)、微分控制(Derivative control)、积分控制(Integral control)