第6章自动控制.ppt

第6章线性系统的校正方法
基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成,当被控对象确定后,对系统的设计实际上归结为对控制器的设计,这项工作称为对控制系统的校正。
前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基本方法,就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。
本章讨论另一命题,即如何根据系统预先给定的性能指标,去设计一个能满足性能要求的控制系统。
设计一个自动控制系统一般要求:
系统良好的性能,满足给定技术指标的要求
便于物理实现、经济性好、可靠性高
在设计过程中:既要理论指导,又要重视实践经验;局部与整体的配合。
主要三种校正方法:串联校正、反馈校正、复合校正。
6-1 系统的设计与校正问题
当被控对象给定后,设计一个实际的控制系统一般要确定:
(1)根据所要求的被控信号的最大速度或速度等,初步选择执行元件的形式、特性和参数。
(2)根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素,选择测量元件。
(3)根据执行元件的功率要求,选择功率放大器;根据系统设计增益的要求确定增益可调的前置放大器。
若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数,不能使得系统性能指标满足要求,则要在系统中加入参数及特性可调整的校正装置。
主要三种校正方法:串联校正、反馈校正、复合校正。
在实际过程中,既要理论指导,也要重视实践经验,往往还要配合许多局部和整体的试验。所谓校正,就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置,使系统整个特性发生变化,从而满足给定的各项性能指标。
性能指标
电动机控制系统:(1)直流电动机调速系统对速度平稳性、稳态精度要求较高;(2)随动系统对于系统输出对系统输入的跟踪速度要尽可能快,系统的快速性。
生产过程(石油化工、生物工程、热力工程等):系统输出(温度、流量、压力等)平稳、稳态精度。
性能指标的确定要考虑物理可实现性、经济性
设计方法:(1)根轨迹法校正时域性能指标:单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等;(2)频率法校正频域性能指标:相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、静态误差系数等。在实际应用中频率法校正更加广泛。
谐振频率
带宽频率
截止频率
相位裕度
谐振峰值
超调量
调节时间
1
2
3
4
5
6
7
二阶系统频域指标与时域指标的关系
高阶系统频域指标与时域指标的关系
谐振峰值
超调量
调节时间
系统带宽的选择
要求较高的稳定裕度,希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-20dB/dec,并占据较宽的频率范围
要求较强的从噪声中辨识信号的能力,希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率小于-40dB/dec
不同用途的系统对系统带宽是不一样的。
一般要求系统的稳定裕度在 45o左右中频区的斜率为-20dB/dec
噪声
输入信号
噪声信号的频带为:
若输入信号的带宽:
而且使
则带宽频率:
处于
之外。
校
正
方
式
串联校正
反馈校正
校正装置
校正装置
前馈校正
复合校正
校正方式