自动控制原理(课堂PPT).ppt

内容提要知识要点对一个控制系统来说,如果它的元部件、参数已经给定,就要分析它能否满足所要求的各项性能指标。一般把解决这类问题的过程称为系统的分析。在实际工程控制问题中，还有另一类问题需要考虑，即往往事先确定了要求满足的性能指标，要求设计一个系统并选择适当的参数来满足性能指标的要求，或考虑对原已选定的系统增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标，同时也要照顾到工艺性、经济性、使用寿命和体积等。这类问题称为系统的综合与校正，或者称为系统的设计。1.线性控制系统理论的基本内容系统建模：微分/差分方程、传递函数、方框图、信号流图、频率特性、状态空间表达式等系统分析：时域分析、频域分析、根轨迹分析、状态空间分析等系统综合：校正、状态空间综合法、鲁棒优化法等2.控制系统设计和校正设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，单独进行控制器设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成自动控制任务。校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件下，设计校正装置的传函和调整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。两者区别：设计问题要求设计整个控制器，而校正问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。3.校正问题的三要素系统的基本部分（原有部分）：被控对象、控制器的基本部分——给定系统的性能要求——给定校正装置——需设计（未知）4.校正装置的实现通常是参数易于调整的专用装置（模电或数电装置）校正方式多样化：串联校正、反馈校正、前馈补偿等注意：校正方案不唯一目录系统的性能指标，按其类型可以分为：(1)时域性能指标，包括稳态性能指标和动态性能指标；(2)频域性能指标，包括开环频域指标和闭环频域指标；(3)综合性能指标(误差积分准则)，它是一类综合指标，若对这个性能指标取极值，则可获得系统的某些重要参数值，而这些参数值可以保证该综合性能为最优。1.时域性能指标(2)动态指标上升时间tr峰值时间tp调整时间ts最大超调量(或最大百分比超调量)Mp振荡次数N2.频域性能指标(1)开环频域指标开环截止频率ωc(rad/s)；相角裕量γ(°)；幅值裕量Kg。(2)闭环频域指标一般应对闭环频率特性提出要求，例如给出闭环频率特性曲线，并给出闭环频域指标如下：谐振频率ωr；谐振峰值Mr。闭环截止频率ωb与闭环带宽0~ωb：一般规定A(ω)由A(0)下降到－3dB时的频率，亦即A(ω)由A(0)下降到0.707A(0)时的频率叫作系统的闭环截止频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽。3.综合性能指标(误差积分准则)综合性能指标有各种不同的形式，常用的有以下几种：（3）平方误差积分(ISE)4.各类性能指标之间的关系二阶系统的频域性能指标性能指标通常由控制系统的使用单位或被控对象的制造单位提出。一个具体系统对指标的要求应有所侧重调速系统对平稳性和稳态精度要求严格；随动系统对快速性期望很高。性能指标的提出要有依据，不能脱离实际负载能力的约束；能源功率的约束等。6.1.2系统的校正图6-1串联校正图6-3前置校正3.前置校正前置校正又称为前馈校正，是在系统反馈回路之外采用的校正方式之一，如图6-3所示。根据校正装置的特性，校正装置可分为超前校正装置、滞后校正装置和滞后-超前校正装置。(2)滞后校正装置校正装置输出信号在相位上落后于输入信号，即校正装置具有负的相角特性，这种校正装置称为滞后校正装置，对系统的校正称为滞后校正。(3)滞后-超前校正装置若校正装置在某一频率范围内具有负的相角特性，而在另一频率范围内却具有正的相角特性，这种校正装置称滞后-超前校正装置，对系统的校正称为滞后-超前校正。在系统基本部分已经确定的条件下，为保证系统满足动态性能指标，往往还需要在系统中附加一些具有一定动力学性质的附加装置，称为校正元件（装置）。根据校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，可将其作如下分类：27相当于对给定值信号进行整形和滤波后再送入反馈系统串联校正和反馈校正属于主反馈回路之内的校正。前馈补偿和扰动补偿属于主回路之外校正。对系统校正可采取以上（除扰动补偿外）四种方式中任何一种，也可采用某种组合。校正设计的方法频率法主要是应用开环Bode图。基本做法是利用适当的校正装置的Bode图，配合开环增益的调整来修改原来的开环系统Bode图，使得开环系统经校正和增益调整后的Bode图符合性能指标要求。2.根轨迹法在系统中加入校正装置，相当于增加了新的开环零极点，这些零极点将使校正后的闭环根轨迹，向有利于改善系统性能的方向改变，系统闭环零极点重新布置，从而满足闭环系统性能要求。§6.2线性系统的基本控制规律增加校正装置，可改变了描述系统运动过程的微分方程，从而改变系统响应。具有不同比例关系的校正器可以