王建辉自动控制原理教学PPT06

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第六章控制系统的校正及综合

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本章要点 理解线性系统的基本控制规律比例(P)、积分 理解线性系统的基本控制规律比例( )、积分 线性系统的基本控制规律比例 )、 )、比例 微分( )、比例-积分 )、比例 积分( ) (I)、比例 微分(PD)、比例 积分(PI)和 )、比例-微分 比例-积分 微分( 积分-微分 比例 积分 微分(PID)控制规律。 )控制规律。 掌握基本的校正网络及运算电路。 掌握基本的校正网络及运算电路。 熟练掌握串联校正 串联超前 串联滞后、 熟练掌握串联校正(串联超前、串联滞后、串联 掌握串联校正 串联超前、 滞后-超前 的频率域设计步骤和方法。 超前)的频率域设计步骤和方法 滞后 超前 的频率域设计步骤和方法。 熟练掌握运用 低 熟练掌握运用(低、中、高)三频段概念对系统校 掌握运用 三频段概念对系统校 正前、后性能进行定性分析、比较的方法。 正前、后性能进行定性分析、比较的方法。

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正确理解反馈校正的特点和作用。 正确理解反馈校正的特点和作用。能通过传递 函数分解为典型环节的方法， 函数分解为典型环节的方法，比较说明加入反 馈局部校正的作用。 馈局部校正的作用。 正确理解对控制作用和对干扰作用的两种附加 前置校正的特点、使用条件及其作用， 前置校正的特点、使用条件及其作用，会使用 等效系统开环频率特性分析或闭环零、 等效系统开环频率特性分析或闭环零、极点比 较分析来说明前置校正的作用。 较分析来说明前置校正的作用。 了解其它一些改善系统性能的手段与方法。 了解其它一些改善系统性能的手段与方法。

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主要内容6.1 控制系统校正的一般概念 6.2 串联校正 6.4 反馈校正 6.4 复合校正 小 结

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6.1 控制系统校正的一般概念 一、系统的性能指标

1. 时域性能指标(1) 稳态指标 静态位置误差系数Kp 静态速度误差系数Kv 静态加速度误差系数Ka 稳态误差ess

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(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) σ p 振荡次数N

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2. 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h 。 (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

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3. 各类性能指标之间的关系 各类性能指标是从不同的角度表示系统的性能，它们 之间存在必然的内在联系。对于二阶系统，时域指标和频 域指标之间能用准确的数学式子表示出来。它们可统一采 用阻尼比ζ和无阻尼自然振荡频率ωn来描述，。 二阶系统的时域性能指

标

π arctgtr =

1 ζ 2

ζ

ωn 1 ζ 2

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二阶系统的频域性能指标

ωc = ωn γ = arctg

1 + 4ζ 4 2ζ 2 2ζ 1 + 4ζ 4 2ζ 2

ω r = ω n 1 2ζ 2Mr = 1 2ζ 1 ζ 2

ω b = ω n 1 2ζ 2 + 2 4ζ 2 + 2ζ 4

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二、系统的校正方式 系统的校正方式 1.串联校正 1.串联校正 校正装置串联在系统的前向通道中。

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2. 反馈校正

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3. 复合校正

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三、线性系统的基本控制规律 校正装置中最常用的是PID控制规律，有以下优点： (1) 原理简单，使用方便； (2) 适应性强, 按PID控制规律进行工作的控制器早已商 品化，即使目前最新式的过程控制计算机，其基本控制 功能也仍然是PID控制； (3) 鲁棒性强，即其控制品质对被控制对象特性的变化 不大敏感。

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在控制系统的设计与校正中，PID控制规律的优越性 是明显的，它的基本原理却比较简单。基本PID控制规律 可描述为

KI Wc ( s ) = K P + + KDs s这里 KP 、KI 、KD 为常数。设计者的问题是如何恰当地 组合这些元件或环节，确定连接方式以及它们的参数，以便 使系统全面满足所要求的性能指标。

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比例( 1 比例(P)控制作用 比例控制器的传递函数为

Wc ( s ) = K P式中， KP 称为比例系数或增益(视情况可设置为正或 负)。

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2.比例微分(PD) 2.比例微分(PD)控制作用 比例微分 比例微分控制的传递函数为

Wc ( s ) = K P + K D s式中， KD称为微分增益。