自动控制原理胡寿松第六章PI.ppt

第六章第六章 控制系统的校正控制系统的校正64 反馈校正反馈校正 61 系统校正的基本概念系统校正的基本概念62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性63 串联校正串联校正 65 复合控制复合控制 主要内容主要内容 1、校正的概念及类型、校正的概念及类型2、常用校正装置及其特性、常用校正装置及其特性3、串联综合校正、串联综合校正超前、滞后、滞后超前、滞后、滞后超超 前、希望特性法前、希望特性法4、并联综合校正、并联综合校正5、复合控制校正、复合控制校正重点与难点重点与难点1、常用校正装置及其特性、常用校正装置及其特性2、串联综合校正、串联综合校正超前、滞后、超前、滞后、 滞后滞后超前、希望特性法超前、希望特性法3、并联综合校正、并联综合校正难难 点点 校正方法与步骤校正方法与步骤重重 点点本章引言本章引言 设计控制系统时首先根据实际生产的要求选设计控制系统时首先根据实际生产的要求选择受控对象，如温控系统选温箱，调速系统选电择受控对象，如温控系统选温箱，调速系统选电机等等；然后确定控制器，完成测量，放大，比机等等；然后确定控制器，完成测量，放大，比较，执行等任务但实际生产会对系统各方面的较，执行等任务。

但实际生产会对系统各方面的性能提出要求：时域性能提出要求：时域 等，频等，频域域 等当把受控对象和控等当把受控对象和控制器组合起来以后，除了制器组合起来以后，除了K可作适当调整外，其可作适当调整外，其它都有自身的静、动态特性它都有自身的静、动态特性称为不可变部分；称为不可变部分；设计的第三步是确定控制方式设计的第三步是确定控制方式开环、开环、闭环、复合控制等；第四步是分析系统性能闭环、复合控制等；第四步是分析系统性能时时域、复域、频域均可，若满足要求，域、复域、频域均可，若满足要求，皆大欢喜，但皆大欢喜，但概率很小，一般不满足要求，这时可在允许范围内概率很小，一般不满足要求，这时可在允许范围内调整调整K，K增大增大ess减小，但稳定性降低，若仍不满减小，但稳定性降低，若仍不满足要求，只能设法改进如：按足要求，只能设法改进如：按ess设计的设计的K可能使可能使 ，不稳，若，不稳，若 ，但，但ess增大又不满足所以增大又不满足所以K不能减小，只能引入附加装置不能减小，只能引入附加装置校正装置校正装置本章引言（续）本章引言（续）61 系统校正的基本概念系统校正的基本概念 一、定义：一、定义： 给系统附加一些具有某些典型环节的电网络，给系统附加一些具有某些典型环节的电网络，模拟运算部件及测量元件等，靠他们的配置有效的模拟运算部件及测量元件等，靠他们的配置有效的改进系统性能，称为系统校正。

改进系统性能，称为系统校正二、类型：二、类型： 1、串联校正：一般接在系统测量点之后和放大器、串联校正：一般接在系统测量点之后和放大器 之前，串接于系统前向通道之中之前，串接于系统前向通道之中2、反馈校正：一般接于系统局部反馈通道中反馈校正：一般接于系统局部反馈通道中 3、复合控制：在第三章减小、复合控制：在第三章减小ess的措施中已经讨的措施中已经讨 论过，有按给定补偿和扰动补偿两种方式论过，有按给定补偿和扰动补偿两种方式 61 系统校正的基本概念系统校正的基本概念校正类型（续）校正类型（续）三、校正中使用的性能指标：三、校正中使用的性能指标： 1、二阶系统频域指标与时域指标的关系：、二阶系统频域指标与时域指标的关系：61 系统校正的基本概念系统校正的基本概念61 系统校正的基本概念系统校正的基本概念性能指标（续）性能指标（续）61 系统校正的基本概念系统校正的基本概念2、高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：性能指标（续）性能指标（续）61 系统校正的基本概念系统校正的基本概念性能指标（续）性能指标（续）四、基本控制规律：四、基本控制规律： 一般采用比例、微分、积分等基本控制规律或采一般采用比例、微分、积分等基本控制规律或采用这些基本控制规律的某些组合，如用这些基本控制规律的某些组合，如PD、PI、PID等，等，利用它们相位超前或滞后、幅值增加等作用以实现对利用它们相位超前或滞后、幅值增加等作用以实现对被控对象的有效控制。

被控对象的有效控制62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性一、无源校正网络一、无源校正网络 超前网络（微分性质）超前网络（微分性质）62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性超前网络（续）超前网络（续）1. 幅相特性：幅相特性：62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性10.20.5j0=0.2=0.52. 对数频率特性：对数频率特性：62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性特点特点:转折转折相位超前，故称超前校正装置相位超前，故称超前校正装置 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性 由由可求得可求得时的的超前网络（续）超前网络（续）实际上上62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性 则有有超前网络（续）超前网络（续）62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性3、实用方式：用方式：低低频段段出出现低低频下降，串入系下降，串入系统会使会使K减小减小，ess增加实用中可用中可让放大器的放大系数增加放大器的放大系数增加超前网络（续）超前网络（续）倍，倍，则会得到会得到补偿即62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性0超前网络（续）超前网络（续） 滞后网络（积分性质）：滞后网络（积分性质）：Z262 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性1、幅相特性、幅相特性 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性特性曲线见下页特性曲线见下页滞后网络（续）滞后网络（续）j10滞后网络（续）滞后网络（续）2、对数频率特性：、对数频率特性：转折：转折： 特点：特点： 相位滞后，故称为滞后校正装置。

相位滞后，故称为滞后校正装置62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性仍按照超前网络中公式计算，仍按照超前网络中公式计算， 只将只将换为即可62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性滞后网络（续）滞后网络（续）3.实用形式：实用形式：滞后网络不衰减，可直接使用它是一个低通滤滞后网络不衰减，可直接使用它是一个低通滤波器，而超前网络是一个高通滤波器波器，而超前网络是一个高通滤波器 滞后滞后超前网络（积分超前网络（积分微分性质）：微分性质）： 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性滞后滞后超前网络（续）超前网络（续） 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性若设若设 即即 则则 滞后滞后超前网络（续）超前网络（续）1、幅相特性：、幅相特性：62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性此时此时 且同样且同样 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性滞后滞后超前网络（续）超前网络（续）2、对数频率特性：、对数频率特性：转折：转折： 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性滞后滞后超前网络（续）超前网络（续） 特点：特点： 此网络无衰减，两边对称，直接使用即可。

此网络无衰减，两边对称，直接使用即可 3、实用形式：、实用形式：62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性 相差相差足足够大（如几十倍以上），大（如几十倍以上），则可利用滞后可利用滞后网络和超网络和超前网络的计算公式计算前网络的计算公式计算后后相位超前，故称滞后相位超前，故称滞后超前网超前网络当 和和相位滞后，相位滞后， 2、D调节器：调节器： 3、I调节器：调节器： 二、有源校正网络：二、有源校正网络：1、P调节器：调节器： 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性4、PD调节器：调节器： 其中其中 6、PID调节器：调节器： 7、惯性环节：、惯性环节： 其中其中 其中其中 62 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性5、PI调节器：调节器： 其中其中 有源校正网络（续）有源校正网络（续）63 串联校正串联校正将时域指标转化为频域指标后：稳定性为将时域指标转化为频域指标后：稳定性为 常采用超前、滞后、滞后常采用超前、滞后、滞后超前三种方式超前三种方式暂态性能为暂态性能为 ；稳态性能为；稳态性能为K串联校正中串联校正中1 、超前校正：、超前校正：已考已考虑了低了低频衰减，衰减，则有有1、实质：利用超前校正装置的相位：利用超前校正装置的相位超前特性增大系超前特性增大系 统的相角裕量，以改善系统的暂态性能。

因此应统的相角裕量，以改善系统的暂态性能因此应 将超前校正网络的将超前校正网络的 处于校正后系统的处于校正后系统的 处2、作用：、作用：1）使）使 2） 3）对提高稳态精度作用不大，抗高频干扰能力降低对提高稳态精度作用不大，抗高频干扰能力降低 63 串联校正串联校正4）适于）适于ess已满足，噪音信号很小，但已满足，噪音信号很小，但 不够的不够的 系统 3、步骤：、步骤：1）根据）根据ess确定确定K；2）根据）根据K、绘制原系统的绘制原系统的 ，确定未校正，确定未校正系统的系统的校正装置校正装置校正后系统校正后系统校正前系统校正前系统0-40-40-20-20+20 a)若若对已有要求，已有要求，则可查到则可查到 ；取；取 使使 与与 之和为之和为 0，即可求得，即可求得 b)若对若对 未提出要求，则由未提出要求，则由 （裕量（裕量 ），求得），求得 则有 在在 上查出其幅值为上查出其幅值为 ，所对应的，所对应的 就是就是 ，且，且 63 串联校正串联校正3）确定）确定和和4） 63 串联校正串联校正5）画）画 曲线 6）检验指标，若不满足再重选一次）检验指标，若不满足再重选一次 和和 7）确定电路参数（）确定电路参数（R、C等）。

等） 例例1、若、若 ，要求在，要求在 下下 ，求，求 63 串联校正串联校正R(s)C(s)-解：解：1） ，画，画 曲线，则有：曲线，则有： 2） ，在，在 上量上量 所对所对校正装置校正装置校正后系统校正后系统校正前系统校正前系统0-40-40-20-20+2013） 4）补偿校正损失：）补偿校正损失： ，则有，则有 63 串联校正串联校正满足要求满足要求 63 串联校正串联校正5）确定参数：）确定参数： 若选若选 （任选，但应以（任选，但应以C不要太大为合理），不要太大为合理）， 二、滞后校正：二、滞后校正：63 串联校正串联校正，要求，要求 例例2、 R(s)C(s)-解：解：1） 2）画）画 曲线，曲线， 不稳 4）分析：现要求）分析：现要求 比比 小不少，小不少，3）若采用超前校正，则）若采用超前校正，则 ，且，且 之后的之后的 经计算：经计算： 不满不满 需放大需放大100倍，所以超前校正倍，所以超前校正难以凑效难以凑效63 串联校正串联校正1、步骤：、步骤：1）根据）根据ess确定确定K，绘制原系统的，绘制原系统的 计算计算 因此需要有一因此需要有一使中频的使中频的率的校正网络，且远离率的校正网络，且远离 以使以使 （负的）（负的）对对 几乎无影响，采用滞后校正。

几乎无影响，采用滞后校正 所以可所以可个负斜个负斜2）确定）确定 a)若题目给出若题目给出 ，可选用之，简单可选用之，简单 b)若题目未给出若题目未给出 ，则利用：，则利用： 其中其中 为裕量为裕量 ，以补偿，以补偿 根据根据 在原系统在原系统 上查出对应的上查出对应的 63 串联校正串联校正3）求）求 ：找出原：找出原 求得求得 4）确定）确定 （要远离（要远离 ），）， 画出画出 曲线 5）校验：）校验： 6）确定参数确定参数63 串联校正串联校正63 串联校正串联校正a、取、取 b、 ，设校正网络在，设校正网络在 处有处有 上例：上例：63 串联校正串联校正（负值舍去）（负值舍去） 内均可，内均可，c、。