第七章系統(tǒng)校正 ppt課件.ppt

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1、了解各種線性系統(tǒng)的校正方法，熟練掌握串聯(lián)校正、PID校正和反饋校正裝置的特性及其校正裝置的設(shè)計(jì)，分析控制系統(tǒng)校正前后的性能變化。第七章系統(tǒng)校正本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)7.1概述在工程實(shí)際應(yīng)用中，分析、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的目的是這個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足工程應(yīng)用的實(shí)際需要，即滿足工程應(yīng)用對(duì)該控制系統(tǒng)性能的要求。當(dāng)一個(gè)控制系統(tǒng)的性能不能全面地滿足工程應(yīng)用所要求的性能指標(biāo)時(shí)，從而引出了系統(tǒng)的校正問(wèn)題。本章將從控制工程的角度，討論控制系統(tǒng)的系統(tǒng)綜合與校正問(wèn)題，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)校正的概念、系統(tǒng)的性能指標(biāo)和系統(tǒng)校正的方法。7.1.1校正的概念所謂校正(或稱補(bǔ)償、調(diào)節(jié))，就是對(duì)

2、已選定的系統(tǒng)附加一些具有某種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，通過(guò)附加的典型環(huán)節(jié)的參數(shù)配置和系統(tǒng)增益的調(diào)整來(lái)有效地改善整個(gè)系統(tǒng)的控制性能，以達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。這些附加的典型環(huán)節(jié)通常是電網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算部件或測(cè)量裝置等無(wú)源或有源微積分電路或速度、加速度傳感器等，附加的典型環(huán)節(jié)也稱為校正元件或校正裝置。7.1.2系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，按其類型可分為：(1)時(shí)域性能指標(biāo)：它包括瞬態(tài)性能指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)；(2)頻域性能指標(biāo)：它不僅反映系統(tǒng)在頻域方面的特性，而且，當(dāng)時(shí)域性能不易求得可首先用頻率特性實(shí)驗(yàn)來(lái)求得該系統(tǒng)在頻域中的動(dòng)態(tài)性能，再由此推出時(shí)域中的動(dòng)

3、態(tài)性能；綜合性能指標(biāo)：它是考慮對(duì)系統(tǒng)的某些重要參數(shù)應(yīng)如何取值才能保證系統(tǒng)獲得某一最優(yōu)的綜合性能的測(cè)度，即若對(duì)這個(gè)性能指標(biāo)取極值、則可獲得有關(guān)重要參數(shù)值，而這些參數(shù)值可保證這一綜合性能為最優(yōu)。分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)能否滿足要求以及如何滿足要求，一般可分三種不同情況：（1）在確定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)后，計(jì)算與分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)；（2）在初步選擇系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)后，核算系統(tǒng)的性能指標(biāo)能否達(dá)到要求，如果不能，則需要修改系統(tǒng)的參數(shù)甚至結(jié)構(gòu)，或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行校正；（3）給定綜合性能指標(biāo)（如目標(biāo)函數(shù)、性能函數(shù)等），設(shè)計(jì)滿足此指標(biāo)的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)必要的校正環(huán)節(jié)。

4、1．時(shí)域性能指標(biāo)（1）瞬態(tài)性能指標(biāo)系統(tǒng)的瞬態(tài)性能指標(biāo)一般是在單位階躍信號(hào)系統(tǒng)輸出的過(guò)渡過(guò)程所給出的，實(shí)質(zhì)上是由系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)所決定的，它包括七個(gè)主要方面：輸入下，由①最大超調(diào)量②調(diào)整時(shí)間（或過(guò)渡時(shí)間）③峰值時(shí)間④上升時(shí)間⑤延遲時(shí)間⑥穩(wěn)態(tài)誤差⑦靜態(tài)誤差（2）穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)誤差：當(dāng)系統(tǒng)的調(diào)整過(guò)程結(jié)束以后，實(shí)際的輸出量與理想輸出量之間的偏差。2．頻域性能指標(biāo)系統(tǒng)的頻域性能可分為：開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)和閉環(huán)頻域指標(biāo)。①開(kāi)環(huán)剪切頻率（1）開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)是通過(guò)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線給出的頻域性能指標(biāo)：②相位裕量③幅值裕量④靜態(tài)位置誤差系數(shù)⑤靜態(tài)速度誤差系數(shù)⑥穩(wěn)

5、態(tài)加速度誤差系數(shù)（2）閉環(huán)頻域指標(biāo)是通過(guò)系統(tǒng)閉環(huán)幅頻特性曲線給出的頻域性能指標(biāo)：①諧振頻率②相對(duì)諧振峰值：，當(dāng)時(shí)，與在數(shù)值上相同，為最大值③復(fù)現(xiàn)頻率及復(fù)現(xiàn)帶寬0～復(fù)現(xiàn)頻率：若事先給定一個(gè)Δ作為反映低頻正弦輸入信就是幅頻特性值與的差第一號(hào)作用下的允許誤差，則次達(dá)到Δ時(shí)的頻率值。，系統(tǒng)的輸出就不能表示了復(fù)現(xiàn)低頻正弦輸入信號(hào)的帶寬，復(fù)現(xiàn)帶寬：當(dāng)頻率超過(guò)復(fù)現(xiàn)頻率“復(fù)現(xiàn)”輸入，所以0～稱為復(fù)現(xiàn)帶寬或工作帶寬。④截止頻率及截至帶寬0～一般規(guī)定此處的是由下降3dB時(shí)的頻率，即由下降到0.707的頻率稱為系統(tǒng)的截止頻率,也稱。頻率由0～的范圍稱為系統(tǒng)的

6、閉系統(tǒng)的閉環(huán)截止頻率環(huán)帶寬，也稱為工作帶寬或帶寬。圖7.1閉環(huán)頻域指標(biāo)都與系統(tǒng)的帶寬應(yīng)當(dāng)指出的是：系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間和調(diào)整時(shí)間與都是系統(tǒng)阻尼比的函數(shù)。因此，當(dāng)系統(tǒng)給定后，與都是常數(shù)，故系統(tǒng)的截止頻率與和成反比關(guān)系，即系統(tǒng)的帶寬越大，該系統(tǒng)響應(yīng)輸入信有一定的關(guān)系，如峰值時(shí)間有關(guān)。而的阻尼比號(hào)的快速性就越好。因此，系統(tǒng)的帶寬表征了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。【例7.1】設(shè)有兩個(gè)系統(tǒng)如圖7.2所示。系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ的傳遞函數(shù)分別是試比較這兩個(gè)系統(tǒng)的帶寬，并證明：帶寬大的系統(tǒng)反應(yīng)速度快，跟隨性能好。圖7.2系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ的框圖(a)系統(tǒng)Ⅰ(b)系統(tǒng)

7、Ⅱ系統(tǒng)Ⅰ：系統(tǒng)Ⅱ：解在幅頻特性的對(duì)數(shù)曲線（如圖7.3(a)所示）上，系統(tǒng)的即為截止頻率轉(zhuǎn)折頻率，則所以，系統(tǒng)Ⅰ的帶寬較系統(tǒng)Ⅱ大可以證明，一階慣性系統(tǒng)的截止頻率均為轉(zhuǎn)折頻率。(a)圖7.3系統(tǒng)的Bode圖圖7.3系統(tǒng)響應(yīng)曲線系統(tǒng)Ⅱ系統(tǒng)Ⅰ(b)(c)ⅡⅠ系統(tǒng)Ⅰ和系統(tǒng)Ⅱ的單位階躍響應(yīng)如圖7.3(b)所示，單位速度輸入響應(yīng)如圖7.3(c)所示。顯然，帶寬大的系統(tǒng)Ⅰ較帶寬較小的系統(tǒng)Ⅱ具有較快的響應(yīng)速度（如圖7.3(b)所示）和較好的跟隨性能（如圖7.3(c)所示）。3．綜合性能指標(biāo)(誤差準(zhǔn)則)(1)誤差積分性能指標(biāo)圖7.4無(wú)超調(diào)階躍響應(yīng)與誤差(b

8、)(a)在無(wú)超調(diào)的情況下，誤差是單調(diào)變化的，因此，如果考慮所有時(shí)間里誤差的總和，那么系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)可取為式中，誤差。（7.1）（7.1）因的拉氏變換為所以（7.2）只要系統(tǒng)在階躍輸入下其過(guò)渡過(guò)程無(wú)超調(diào)，