机械工程控制基础第六版课件第六章
制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,华中科技大学,机械工程控制基础,陈良才、吴波、熊良才,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,第六章 系统的性能与校正,一、系统的性能指标,时域性能指标,综合性能指标(误差准则),频域性能指标,瞬态性能指标,稳态性能指标 （稳态误差）,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,校正的概念,二、系统的校正,惟有增益K可调 K ，稳态误差，响应加快，但稳定性下降； 仅靠增益调整一般难以同时满足所有的性能指标,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,校正的概念,二、系统的校正, 原系统（P=0） 不稳定 减小K 稳定，但对稳态性能不利 加入新环节（改变系统的频率特性曲线） 稳定，但不改变稳态性能,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,校正的概念,二、系统的校正, 原系统（P=0） 稳定，但相位裕度小，调整时间长 减小K，不改变相位裕度 加入新环节 产生正的相移，提高相位裕度,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,校正的概念,二、系统的校正,校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改善系统的性能,在提高某些性能指标的同时，能保证其它性能指标满足要求；,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,校正的分类,二、系统的校正,串联校正：增益调整； 相位超前； 相位滞后； 相位超前滞后,反馈校正,顺馈校正：开环 复合控制,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位超前校正 使某频段的相位增加,三、串联校正,不稳定,稳定，相位裕度不够,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位超前校正,典型物理环节：,传递函数：,幅频特性：,频率特性：,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位超前校正,不同时的Nyquist 图：,Bode图：,(0.1，T= T1,T2,T3),由：,显然,（位于两个转折频率的对数中点，即Bode图上的几何中点）,最大相移：,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位超前校正设计举例,要求的开环增益：,未加校正时的频率特性：,系统稳定，且增益裕度10dB，但相位裕度50°，不满足性能要求。,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位超前校正设计举例,需增加的相位超前量：,m50°17°5°38°,由：,得到对应的值约为0.24,校正环节在m点上造成的对数幅频特性的上移量：,加入校正环节后，新的剪切频率应为c9s-1,故有：,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位超前校正设计举例,校正环节的频率特性：,原开环增益应调整为：,校正后系统的开环传递函数：,增大相位裕度，增大带宽，加快响应速度,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位滞后校正使某频段的相位滞后,三、串联校正,传递函数：,相位滞后校正原理在于保持低频增益不变，而使高频增益下降。而不在于相位滞后效应。,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,相位滞后校正使某频段的相位滞后,三、串联校正,增大K增益（减小稳态误差）的同时保证稳定性和快速性,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,3.相位滞后超前校正,三、串联校正,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,PID校正按偏差的比例、积分和微分进行控制,PID调节器的一般形式,校正环节 调节器 控制器 控制策略 控制算法,四、PID校正,有源校正,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,1.比例环节校正,Kp1，则幅频上移， 稳态误差减小； wc右移， 响应加快，稳定性下降。,Kp1，则幅频下移， 稳态误差增大； wc左移， 响应变慢，稳定性提高。,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,2.比例微分环节校正,由图可知： PD调节器相位超前,Kp=1时，,相当于导前环节,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,PD调节器的校正作用,1.相位裕度增加， 稳定性增强,2. wc右移， 响应速度提高,3.高频增益上升， 抗干扰能力减弱,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,3.比例积分环节校正,Kp=1时，,相当于积分环节 串接导前环节,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,PI调节器的校正作用,校正的作用：,1.增加积分环节， 提高系统阶次， 系统稳态误差减小,2.相位裕度减小， 稳定性降低,(只有在稳定裕度 比较大的时候才用),制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,PID调节器,令,PI , PD都作用,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,一般,相当于积分环节 串接两个导前环节,PID调节器,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,参数转换关系,已知Ti、Td、Kp，建立方程组，解出Ti2、Td2、Kp3,PID调节器,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,PID调节器,校正作用：,1. 低频段，积分起作用， 减小低频稳态误差,2. 高频段，微分起作用， 加快响应，改善动态,3. Kp决定控制作用强弱, Kp影响系统的 动态性能和稳定性能。,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,若原系统,惯性时间常数为T,增加反馈环节K,反馈校正后，时间常数,系统响应加快 动态性能改善,比例反馈，位置反馈,五、反馈校正,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,系统超调量降低,微分反馈，速度反馈,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,局部传递函数,若,与G2无关,抑制了G2内部常出现的扰动,反馈可校正系统，降低超调，加快响应 反馈还可抑制扰动，减小参数波动,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,校正前,加上顺馈后,其中，,六、顺馈校正,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,校正前,加上顺馈后,若,则,消除偏差和误差， 并保持传递函数分母不变,顺馈校正可减小系统的误差，且不改变系统稳定性,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,例：既有输入 Xi 又有扰动 N,线性系统，可单独考虑扰动作用。 设 Xi=0，有,顺馈k4,顺馈k4,制作：华中科技大学 熊良才、吴波、陈良才,即,若,则 Xo 与干扰 N 无关，可消除干扰的影响,顺馈k4,顺馈k4,
