自动控制原理及其应用 课件 电子 第5--7章 控制系统的校正、 直流调速系统、伺服系统.pptx

第5章 控制系统的校正自动控制原理及其应用 学习内容5.1校正的基本概念5.2PID基本控制规律及对性能的影响5.4PID参数的整定5.3反馈校正和复合校正5.5MATLAB 在频域分析中的应用5.6摩托车距离控制系统设计 5.1校正的基本概念 1稳定性快速性超调量控制精度控制系统性能指标校正的基本概念 不可动部分1被控对象传感器执行机构控制器校正校正的基本概念 1校正的基本概念 我们把能使系统的性能指标满足控制要求而有目的地增添的元器件称为控制系统的校正元件或校正装置。 校正： 就是在系统中加入一些机构或装置，其参数可以根据需要而改变，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。 3校正的方式串联校正反馈校正复合校正 3串联校正装置Gc(s)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。串联校正：校正的方式Gc(s)R(s)C(s)_G0(s)H(s) 3也叫并联校正，反馈校正装置Gc(s)接在系统的局部反馈回路中。反馈校正：校正的方式G1(s)R(s)C(s)_G2(s)H(s)Gc(s)_ 3校正的方式b）按扰动补偿的复合控制形式a）按输入补偿的复合控制形式复合校正：G1(s)G2(s)R(s)C(s)_Gr(s)G1(s)G2(s)R(s)C(s)_Gn(s)N(s)+ 4校正方案的选择可供选择的元件技术方便程度系统中信号的性质经济性其他性能要求抗干扰性、环境适应性 4校正方案的选择 设计简单，参数选择比较容易，易对信号进行各种必要的变换，但需注意负载效应的影响（故一般需加放大器和隔离装置）。 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。但是由于校正装置处于反馈回路内，分析和参数选择难于串联校正。 一般用于既要求稳态误差小，又要求暂态响应快速平稳的系统。串联校正反馈校正复合校正能够满足性能指标的校正方案不唯一。 校正前的单位阶跃响应5校正后的单位阶跃响应校正举例 5.2.1比例控制器（P） 在工业控制中，控制器的控制规律由比例控制规律(P)、积分控制规律(I)、微分控制规律(D)这三种基本控制规律组合而成。按照这3种基本规律进行的控制，在控制系统中习惯称为PID控制。而这些控制器通常是串联在系统的前向通道中，因而起着串联校正的作用。 具有比例控制规律的控制器，称为P控制器。传递函数：输入偏差e(t)与控制器的输出信号m(t)的关系： 1比例（P）控制规律比例系数 1比例（P）控制规律方框图：比例控制的单位阶跃响应: ?2比例控制器的设计 2比例控制器的设计解：校正前后的开环传递函数如下: 2比例控制器的设计分析校正前后控制系统伯德图如图：对照曲线Ⅱ和曲线I，不难看出：降低增益后，使穿越频率降低，从而使系统的快速性变差。 分析校正前后的单位阶跃响应曲线：综上所述：降低增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。当然，若增加增益，系统性能变化与上述相反。2比例控制器的设计 内容总结2. 传递函数：1. 比例控制器（P）的传递函数表达式3. 作用：改善稳定性，但会使稳态精度变差。 5.2.2比例积分控制器（PI） 具有比例-积分控制规律的控制器，称为PI控制器。传递函数：6-1 控制系统校正的基本概念输入偏差e(t)与控制器的输出信号m(t)的关系：1比例-积分（PI）控制规律积分时间常数 PI控制器单位阶跃响应PI控制器作用效果1比例-积分（PI）控制规律 例1：下图为具有比例-积分（PI）校正的调速系统框图，现设K1＝3.2，T1＝0.33s，T2＝0.036s，系统固有部分的传递函数为：?图7 具有比例积分(PI)校正的系统框图?2比例积分控制器的设计 ?2比例积分控制器的设计 解：校正后的系统开环传递函数为?2比例积分控制器的设计 分析校正前后控制系统伯德图如图所示：2比例积分控制器的设计 比较伯德图曲线Ⅰ和曲线Ⅲ，不难看出增设PI控制器后：（1）在低频段，系统的稳态误差将显著减小，从而改善了系统的稳态性能。（2）在中频段，相位稳定裕量减小，系统的超调量将增加，降低了系统的稳定性。（3） 在高频段，校正前后的影响不大。　　2比例积分控制器的设计 由于比例积分控制器只是在低频段产生较大的相位滞后，因而它串入系统后，应将其交接频率设置在系统穿越频率的左边，并远离系统穿越频率，以减小对系统稳定裕度的影响。因此比例积分控制相当于滞后校正。　　2比例积分控制器的设计 分析校正前后的单位阶跃响应曲线： 2比例积分控制器的