第六章系统校正0812p资料讲解.ppt

第六章控制系统的校正

§6—1系统校正的基本概念

前面三章讨论了各种系统分析的方法，即在系统的结构和参数已经确定的情况下，采用不同方法可以对系统性能进行分析和计算。若分析、计算的结果不能完全满足对系统提出的性能要求，就必须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。设计和计算这些附加装置的过程，就称为对系统进行校正。而为进行校正所添加的装置或元件，称为校正装置或校正元件。系统校正的方法很多，有基于古典控制理论的线性定常系统的校正及非线性校正。有以现代控制理论为基础的各种设计校正方法。本教材是讨论古典控制理论的，系统分析是古典方法的，故系统校正也是采用古典设计方法。本章只讨论线性定常系统的校正。在非线性系统分析一章将介绍线性系统的非线性校正及非线性系统的校正。
本教材不讨论以现代控制理论为基础的各种设计校正方法。线性定常系统的校正的具体方法，可以采用根轨迹法、频率特性法及仿真试探法。由于在波德图上进行串联校正非常直观，故一般先用频域法校正，然后再用xoBox仿真软件进行检验。
系统校正的实质是，利用校正装置所引入的附加的零、极点，来改变整个系统零、极点的配置。改变根轨迹或频率特性的形状从而影响系统的稳、暂态性能。而我们知道：开环对数幅频特性的低频段决定系统的稳态精度，中频段决定系统的暂态性能，高频段则决定系统的频宽和抗扰能力等。采用适当的校正装置，通过改变开环频率特性的各段曲线，将可方便的达到预期的目标。因此，本章重点介绍基于对数频率特性的校正方法。二、校正的基本方法
根据校正元件所在的位置，最常用的有两种校正方法。如图6-1所示，校正装置Gc1（s）加在主通道上，且和控制对象等串联连接，这种
分析法又称试探法，这种方法首先根据原系统的条件和要求，凭经验确定校正方式和校正装置，然后根据系统的性能指标，设计计算校正装置的参数，最后根据所确定的参数，检验性能指标是否已得到满足。当然，若总不能满足性能指标的要求，那就要改变校正方式和校正装置了。串联校正可以采用分析法，由于这方面已有比较成熟的经验，对一般系统，毋需多次试探就可以得到满意的校正结果。
三、校正装置的实现
校正装置的实现方法很多，不同类型的系统有不同的方法，如机械系统可使用机械零部件、射流技术等。其中，由于电气元器件使用方便灵活。所以，许多系统其控制器都借用电气元器件来实现。下面我们主要介绍电气校正装置的实现方法。一般电气校正装置可分为三种：a.由电路元件R、L、C组成的无源校正装置。b..由运算放大器和电路元件R、L、C组成的有源校正装置。C.由计算机实现的数字校正。无源校正电路简单，但是往往会使系统开环放大倍数降低。并且可实现的控制作用较少。因此，无源校正的使用不是很多。有源校正需要使用运算放大器电路相对比较复杂。但是，由于不但可以方便地得到各种控制作用，以及可随意改变系统开环放大倍数，而且没有负载效应。所以，有源校正得到了广泛的应用。计算机数字校正一般使用单片机实现，它需要硬件（输入、输出接口等）及软件的支持。因此，比较复杂。但是，具有数字校正的数字控制系统其优秀的技术性能是其它系统所不能比的。随着科学技术的发展，采用标准化、模块化的硬件以及通用型的控制软件，仍然可以方便地、简单地集成各种不同的数字控制系统。关于系统的数字校正将在采样控制系统一章中介绍。
式中

使用运算放大器通常从反号端输入，故传递函数中有一负号，系统中有偶数个运算放大器串联则它们的传递函数均为正，今后为书写方便均略去负号不写。从以上式子可以看出，选择不同的RC，采用不同的电路形式，可以得到任意的K值及任意的计算功能。并具有负载隔离的作用。故应用非常广泛。
§6—1线性系统的基本控制规律
校正装置总是由一些具有基本时域性能的元件所组成，为了更好地掌握校正设计方法，先对元件所具有的时域性能在校正中的作用加以分析讨论．所谓基本时域特性就是指比例，微分、积分元件及其组合时的作用特性，下面将分析讨论它们在串联校正中的基本控制作用。
1．比例(P)控制规律比例元件在信号变换中起着改变增益而不影响相位的作用。比例控制波德图如图6-5所示。因此，在串联校正中，比例校正元件只影响系统的开环增益，从而影响系统的稳态误差。显然，增大开环增益，系统将提高稳态精度，同时，剪切频率增大，系统的快速性提高。但是它又往往使系统的相角裕量减小，所以系统的平稳性变差。因此在校正中很少单独使用比例校正。如图6-6所示，某系统原来的开环放大倍数K＝3，系统很平稳，但是稳态误差到达25％。校正后K=30，稳态误差减小到3％，但是系统出现了大幅（41％）振荡。2．比例加微分(PD)控制规律
微分元件在信号变换中起着对信号取导数即加速的作用，同时使相位发生超前。但由于它对恒定信号起着阻断作用，故在串联校正中不能单独使用，总