对于控制系统,系统的性能是有一定要求的。当通过调整系统的增益仍然不能全面满足设计要求的性能指标时,就要在系统中增加一些元件和装置,以使系统达到所要求的性能指标。进行控制系统的校正设计,不仅要了解不可变部分的结构和参数,还要了解系统提出的全部性能指标。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
一、性能指标 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 在控制系统设计中,常采用频率特性法,且是较为方便通用的开环频率特性法。如果频域指标是闭环的,可以大致换算成开环频域指标进行校正,然后对校正后的系统,分析计算它的闭环频域指标以作验算。如果系统提出的是时域指标,也可利用它和频域指标的近似关系,先用频域法校正,再进行验算。 本文来自www.eadianqi.com 1、二阶系统频域指标与时域指标的关系 本文来自www.eadianqi.com
谐振峰值 本文来自www.eadianqi.com 谐振频率 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 带宽频率 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 截止频率 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
相位裕量 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 超调量 本文来自www.eadianqi.com 调节时间 本文来自www.eadianqi.com
2、高阶系统频域指标与时域指标 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 谐振峰值 本文来自www.eadianqi.com 超调量 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 调节时间 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 其中, 本文来自www.eadianqi.com
二、系统带宽的选择 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 带宽频率是一项重要指标。既能以所需精度跟踪输入信号,又能拟制噪声扰动信号。在控制系统实际运行中,输入信号一般是低频信号,而噪声信号是高频信号。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 如果输入信号的带宽为 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 则 本文来自www.eadianqi.com 本文来自www.eadianqi.com 三、校正方式 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 按照校正装置在系统中的连接方式,控制系统的校正方式有四种,即串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 串联校正:一般接在系统误差测量点之后和放大器之前,串联接于系统前向通道之中。 本文来自www.eadianqi.com 反馈校正:接在系统局部反馈通路中 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 前馈校正:又称顺馈校正。是在系统主反馈回路之外采用的校正方式,接在系统给定值之后,主反馈作用点之前的前向通道上。另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间,对扰动信号进行直接或间接测量,经变换后接入系统,形成一条附加的对扰动进行补偿的通道。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 复合校正:在反馈控制回路中,加入前馈校正通路,组成有机整体。 本文来自www.eadianqi.com 四、基本控制规律 本文来自www.eadianqi.com
1、比例(P)控制规律 本文来自www.eadianqi.com 本文来自www.eadianqi.com 提高系统开环增益,减小系统稳态误差,但会降低系统的相对稳定性。 本文来自www.eadianqi.com
本文来自www.eadianqi.com (a)P控制器 (b)PD控制器 本文来自www.eadianqi.com 2、比例-微分(PD)控制规律 本文来自www.eadianqi.com
自动控制网www.eadianqi.com版权所有 PD控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化趋势,产生有效的早期修正信号,以增加系统的阻尼程度,从而改善系统的稳定性。在串联校正时,可使系统增加一个的开环零点,使系统的相角裕度提高,因此有助于系统动态性能的改善。 本文来自www.eadianqi.com 单独用微分也很少,对噪声敏感。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
3、积分(I)控制规律 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 具有积分(I)控制规律的控制器,称为I控制器。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
自动控制网www.eadianqi.com版权所有 输出信号与其输入信号的积分成比例。为可调比例系数。当消失后,输出信号有可能是一个不为零的常量。在串联校正中,采用I控制器可以提高系统的型别(无差度),有利提高系统稳态性能,但积分控制增加了一个位于原点的开环极点,使信号产生的相角滞后,于系统的稳定不利。不宜采用单一的I控制器。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
4、比例-积分(PI)控制规律 本文来自www.eadianqi.com 具有积分比例-积分控制规律的控制器,称为PI控制器。 本文来自www.eadianqi.com
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积分控制器I和PI控制器 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
自动控制网www.eadianqi.com版权所有 输出信号同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。为可调比例系数, 为可调积分时间系数。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 开环极点,提高型别,减小稳态误差。 本文来自www.eadianqi.com 右半平面的开环零点,提高系统的阻尼程度,缓和PI极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数足够大,PI控制器对系统的不利影响可大为减小。PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。 本文来自www.eadianqi.com
5、比例(PID)控制规律 本文来自www.eadianqi.com
自动控制网www.eadianqi.com版权所有 PID控制器 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 具有积分比例-积分控制规律的控制器,称为PI控制器。 本文来自www.eadianqi.com
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本文来自www.eadianqi.com 如果 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 增加一个极点,提高型别,稳态性能 本文来自www.eadianqi.com
两个负实零点,动态性能比PI更具优越性 本文来自www.eadianqi.com
I积分发生在低频段,稳态性能(提高) 本文来自www.eadianqi.com D微分发生在高频段,动态性能(改善)。 本文来自www.eadianqi.com |