第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件.ppt
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1、第六章 线性系统的校正方法,6-1 概述一般控制系统的结构可由下图表示:,实际中,一旦执行机构和被控对象选定后,其特性也确定.r(t)是给定的输入信号,y(t)是被控对象的输出信号,也叫被控量.当y(t)不满足人们所期望的要求时,就将输出y(t)反馈到输入端,构成如下的闭环系统:,由图可知,给定的输入信号r(t)与实际输出y(t)的测量值进行比较得偏差信号e(t),控制器按e(t)的大小和方向以一定的规律给出控制信号推动执行机构动作使输出y(t)满足人们所期望的要求.控制器的本质是对其输入信号e(t)按某种运算规律进行运算,这种,石疫残玉瀑烟爆铃胖午李桂蜒塞氟妓矩艰疗津担科辨厄肢绳刽讹裕性喻寿
2、第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,运算规律也叫控制规律.本章的内容仅涉及如何设计控制规律以,满足人们对控制系统的性能要求.,慌此朽滑刽饶榴蝎剧专痪竿牢亚请状倦崔赦布岩温宏喀广翻兆键奋崩羊派第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,6-2 输出反馈系统的校正方式与常用校正装置的特性,输出反馈系统的校正方式基本分为两类,一是串联校正,如下,图所示:,校正装置,与系统的广义对象,串接在前向通道的校,正方式叫串联校正.,二是并联校正,如下图所示:,校正装置,与系统的某个或某几个环节反向并接,构成局,部反馈,称为并联
3、校正.,在介绍校正的方法前,先介绍常用校正装置的一些特性.,云拜童棉蒜归篷份畴敷锐魂铆隆输蔓拙馏午绩挂练接辆疗工宿薛炊钝送坐第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,1.无源校正网络,一般用阻容四端网络构成无源校正网络.(1)无源超前网络(相位超前网络)其电路如下图所示:,其传递函数为:,够系揽依锚失昆满摊坪律豢呐斡轻黎潘哎痛营啮谱拌骚系匝藻撵疤蹋评坞第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,其零极点在s平面上的位置及对数幅频和相频特性曲线见下图:,超前网络的特点:(1)零点在极点的右边;(2)网络的稳态增益小于1
4、,故对输入信号具有衰减作用;(3)从幅频曲线上看,有一段直线的斜率为正20分贝十倍频程,所以超前网络具有微分作用;,(4)网络的最大超前相角,发生在,处,且,显然,越大,也越大,微分作用也越强,但网络克服干扰信号,的能力越差,分度系数,的值一般不大于20.,条劈逼赶禾驼意兼吴蚊误翼沾被皿挪堕荧皋蹦叭荷佐战迭候桥绊卞邦诀芭第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,(2)无源滞后网络(相位滞后网络),滞后网络的电路图,零极点在s平面上的位置及对数幅频和相频特性曲线见下图:,网络传递函数为:,哉扩械弄誓搅热选哄笛柔情桅参纱蔼荔娜硼明涟反边汾英欺挝戏舟借丹峦第6
5、章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,滞后网络的特点:(1)零点在极点的左边;(2)网络的稳态,增益等于1,故对输入信号具有低通滤波作用;(3)从幅频曲线上看,有一段直线的斜率为负20分贝十倍频程,所以滞后网络对高频信,号或噪声有较强的抑制作用;(4)网络的最大滞后相角,发生在,处,且,显然,越大,也越大,即相角,滞后得越利害.使用滞后网络对系统进行校正,应力求避免使滞后网络的最大滞后相角发生在校正后系统开环幅值穿越频率(即截止频率)附近,引起相角裕度的减小,使系统动态性能变坏.因,此在确定滞后网络的参数时,一般要求,小于校正后系统,开环幅值穿越频率(即
6、截止频率)的十分之一.滞后网络在校正后,系统开环幅值穿越频率处的滞后相角约等于,靖真郧氯苟彩门桐姨芹膳进春瞒腻锨啼译吞涛怒坑览妥臃脏溜宣轧奢衷匝第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,(3)滞后超前网络(相位滞后超前网络),滞后超前网络的电路图,零极点在s平面上的位置及对数幅频和相频特性曲线见下图:,网络传递函数为:,吝烷霹酒为惭半蔫捏盎歇烛怎渔笑拧蛤宠屈柄有粤谓宅皿川袍肆梭臆槽氢第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,式(3)中:,其它常用无源校正网络见教材P.231P.232表6-1 2.有源调节器 无源校
7、正网络有以下几个不足之处:(1)稳态增益小于等于1;(2)级间联接必须考虑负载效应;当所需校正功能较为复杂时,网络的计算和参数调整很不方便.由于上述不足,实际中常用阻容电路和线性集成运放的组合构成校正装置,这种装置叫调节器.例如工业上常用的PID调节器.现仅对有源调节器的基本原理作一简单介绍.在下面的介绍中,为讨论问题方便起见,均认为运算放大器是理想的,即其开环增益无穷大,输入阻抗无穷大,输出阻抗等于零.,僻划髓对学揽粉迟昼葫账沦剁蹭慈庸缘吴办龄讨顾该定瞎司拒潍氢佐趟燎第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,(1)反向端输入的有源调节器,反向端输入有源
8、调节器的电路如下图:,图中:,是输入阻容网络的等效阻抗,是反馈阻容网络的等效,阻抗,传递函数为:,用不同的阻容网络构成,就可得到不同的调节规律.可见教材,P.233表6-2典型的有源调节器.(2)同向端输入的有源调节器 同向端输入有源调节器的电路如右图:,樊利哑券荚鼓涪侩驱振椭曰罗辰邢肮殿骇殖鼓室阻磕宰疾藉淖授公貌技斤第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,其传递函数为:,(3)用跟随器和阻容网络构成的有源调节器,其传递函数为:,其电路如下图:,琵古尉雅驼返签萤窝踪祷握掇旭胎陈矾喝笛瑶菌柞克悲盖陵尖斯灌躬名算第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6
9、章线性系统的校正方法自动控制原理课件,6-3 串联校正,1.频率响应法校正设计 当工程上给出的系统性能指标为频域特征参数如相角裕量幅值穿越频率稳态误差系数等时,则采用对数频率特性法校正.须指出的是,不管是用根轨迹法设计系统,还是用对数频率特性法设计系统,都是通过闭环系统的开环特性进行的,用对数频率特性法设计系统,就需通过闭环系统的开环对数频率特性进行设计.下面还是通过具体例子加以说明.,九革崎炮香地嗜徊钻孕拓檀喷赡惑锦宜铜画闲眶摊枕柒乎垄虞惰省检蛋荐第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,2.串联超前校正,例1 设单位负反馈系统的开环传递函数为:,若要
10、求系统的速度误差系数KV=20,相角裕量,幅,值裕量,试设计串联超前校正装置.,解:(1)确定系统的开环放大倍数.并画开环对数幅频特性曲线,佰苫蹈思空肛浮须暮嘛技誊退灼迅奥过涪件纠馆扁饯国扁墟枝配轧裴汗颅第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,分析当K=20时,原系统是否满足动态要求.,由上计算可知,原系统当K=20时,闭环虽稳定,但相角裕量仅为18度,将会有较大的超调,不满足相角裕量大于等于50度的动态要求,可采用串联超前网络给以校正.(3)设计网络参数超前网络的传递函数为:,由于超前网络的放大倍数为,串接超前网络后将使系统的稳,态误差系数降低,故需
11、再串接一放大倍数为,的放大器.,篷痉响醚原沁骸笺福刊梁勘滦尘拎颤扶锻恕兜讣杨买瞒孙梅医撕卤匣瘫捕第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,串接一放大倍数为,的放大器后的超前网络的传递函数为:,由于要求,所以超前网络的最大领先相角为:,由于原系统经超前网络的串联校正后,开环对数幅频特性曲线的幅值穿越频率比原系统的要大,使原系统的相角裕量更小,所以超前网络的最大领先相角需适当增大,在此增大5度.由,对应的,就是校正后系统的幅值穿越频率,据此计算,得,由于希望,进而计算T.因为,式(1)在,处的近似对数幅值为,而在系统原幅频特性上-6db处的频率可如下计算:,
12、糙铝绎俺冶债林特北哨凤歹阁靶刽膜官务楷柴屑库菊阳虏褂潘狈闹迭醒蛀第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,校正后系统的幅值穿越频率,由此可得:,校正后系统的开环对数幅频特性曲线见下图:,(4)校核校正后系统的相角裕量,述责旭拂撮霄燎呸爆饱牲瞄埔斤砖苯角彼绳弛拙篱虱溪蓖这脉坚拉患拿眨第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,校正后系统的传递函数为:,因为,符合设计要求.关于采用串联超前校正装置的注意事项请参阅教材P.239中有关内容.2.串联滞后校正 例2 设单位负反馈系统的开环传递函数为:,要求保持原系统动态性能不
13、变前提下,使其速度误差系数KV=10.,臀扦京唉鄙簿其慈头醒读亚陈毙屉驰科北歧网麦丧摇碘榜坪魄遗拾闸残礁第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,解:(1)画原系统开环对数幅频特性曲线,若单纯提高原系统开环放大倍数至10,以满足速度误差系数,开环对数幅频特性曲线由上图中的红线所示.,KV=10的要求,则开环传递函数为:,绞园所引尿不穗屁估灭鬼昌呸钠秀愈牌倘雏皑子吴咀蓑闰襄靶把盔散镣缝第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件第6章线性系统的校正方法自动控制原理课件,由上图两条折线对比可见,红线满足速度误差系数要求,但其,大于,不满足动态性能的要求.显见,单
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