同济大学《自动控制原理》第六章+控制系统的综合与校正资料

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控制工程基础
控制系统
第六章控制系统的综合与校正
不可变部分
可变部分
执行机构 被控对象 检测装置
（放大器）、校正装置
频率特性的整形
(设计系统)
迫使系统满足给定的性能
校正实质1：通过引入校正装置的零极点，来改变系统的零极点分布 校正实质2： 频率特性整形，满足期望的频率特性
II型系统 Kp＝∞；Kv＝∞；Ka= ω22
L( ) 0时 K v
中频段反映系统的相对稳定性和快速性
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第六章控制系统的综合与校正
一个设计合理的系统的三频段
➢中频段的斜率以－20dB为宜；
➢低频段和高频段可以有更大的斜率
(校正装置)
控制系统的设计本质是寻找合适的校正装置！！！
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第六章控制系统的综合与校正
控制系统的性能指标
➢稳态精度
稳态误差ess
➢过渡过程响应特性
物理意义明确 直观,但无法直 接用于频域综
合
✓时域：上升时间tr、超调量Mp、调节时间ts
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2、分析法（试探法）
第六章控制系统的综合与校正
直观、设计的校正装置物理上易于实现。
固有特性
系统要求的 品质指标
“+”
系统的品质
“-”
选定的 校正装置
不符要求则重选校正装置
！分析法或者综合法都可应用根轨迹法 和频率响应法实现。
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相位超前校正装置 1.传递函数
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校正方法
第六章控制系统的综合与校正
1、综合法（期望特性法）
根据性能指标要求确定系统期望的特性， 与原有特性进行比较，从而确定校正方式、校 正装置的形式及参数。
系统要求的 品质指标
固有特性
“-”
选定的 校正装置
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第六章控制系统的综合与校正
第二节：串联校正装置的形式及其特性
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第六章控制系统的综合与校正
相位超前 校正装置 相位滞后
相位滞后－超前
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第六章控制系统的综合与校正
低频段斜率大，提高稳态性能；(系统型别高) 高频段斜率大，排除干扰。
➢但中频段必须有充分宽的频带，以保证使得系统 具备适当的相位裕量，同时能抵抗一定的参数变化
！ω c的大小取决于系统的快速性要求。 ωc大快速性好，但抗扰能力下降。
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➢反馈校正 可消除系统原有部分参数对系统性能的影响， 元件数也往往较少。
➢复合校正 扰动可测，既能改善稳态性能，又能改善动态性能。
➢同时采用串、并联、复合校正 性能指标要求较高的系统。
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三频段
第六章控制系统的综合与校正
低频段 (第一个转折频率ω1之前的频段)稳态性能
✓频域：闭环: 谐振峰值Mr、谐振频率ωr、带宽ωb
开环: 增益裕量Kg、增益交界频率ωc 、相位裕量
时域指标 相互转换 频域指标
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第六章控制系统的综合与校正
本章介绍的系统校正采用频率响应设计法
➢频率特性图可以清楚表明系统改变性能指标的方向。
➢频域设计通常通过Bode图进行处理起来十分简单。 （当采用串联校正时，使得校正后系统的Bode图即 为原有系统Bode图和校正装置的Bode图直接相加）
➢对于某些数学模型推导起来比较困难的元件，如液 压和气动元件，通常可以通过频率响应实验来获得其 Bode图。 ➢在涉及到高频噪声时，频域法设计比其他方法更为 方便。
中频段 (ω1 ~ 10ωc)
动态性能
高频段 (10ωc 以后的频段)
抗干扰
（噪声抑制）
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第六章控制系统的综合与校正
低频段
G( j ) K ( j )v
稳态误差系数
0型系统 Kp＝K； Kv＝ Ka＝0
L( ) 20 lg K v20 lg I型系统 Kp＝∞；Kv＝ω1 ；Ka＝0
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第六章控制系统的综合与校正
校正方式
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第六章控制系统的综合与校正
➢校正方式取决于 系统中信号的性质；技术方便程度；可供选择的元 件；其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）； 经济性…
➢串联校正 设计较简单，容易对信号进行各种必要的变换， 但需注意负载效应的影响。
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第六章控制系统的综合与校正
控制系统的设计任务： 根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器， 使系统能成为给定性能指标的控制系统。
校正(补偿)：通过改变系统结构，或在系统中增加 附加装置或元件对已有的系统（固有部分）进行 再设计使之满足性能要求。
控控制制工工程程基基础础
第六章控制系统 的综合与校正
第六章控制系统的综合与校正
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第六章控制系统的综合与校正
第六章 控制系统的综合和校正
6.1 概述 6.2 串联校正装置的形式及其特性 6.3 用频率特性法确定串联校正装置 6.4 反馈校正 6.5 复合校正
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第六章控制系统的综合与校正
一种简单的控制器(增益调整)
L()
调整增益（变小）
相角裕量增加
G(s)
稳态误差增加
0 G(s)/K
()
c1
c
稳态误差和相角裕量构成矛盾！！！ 0
180º
1
=0
!!大多数情况下，只调整增益不能使系统的性能 得到充分地改变，以满足给定的性能指标。