串联校正的设计.pptx

自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正设计串联相位超前校正装置的步骤：设计串联相位超前校正装置的步骤：1 1、根据稳态性能指标确定系统的开环增益、根据稳态性能指标确定系统的开环增益K K2 2、绘制在确定、绘制在确定K K值下的开环伯德图，计算其值下的开环伯德图，计算其相角裕度相角裕度0 03 3、由要求的相角裕度、由要求的相角裕度，计算所需的超前相，计算所需的超前相角角4 4、计算校正网络系数、计算校正网络系数考虑到校正装置影考虑到校正装置影响剪切频率的位置响剪切频率的位置而留出的裕量而留出的裕量自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正5 5、确定校正后系统的剪切频率、确定校正后系统的剪切频率c c未校正系统伯德未校正系统伯德图曲线上增益为图曲线上增益为10lg10lg对应的频对应的频率为率为c c。则有则有mm c c自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正6 6、确定校正装置的交接频率、确定校正装置的交接频率7 7、画出校正后的伯德图，验算相角稳定裕、画出校正后的伯德图，验算相角稳定裕度是否达到要求，不满足则增大度是否达到要求，不满足则增大从第从第3 3步步重新计算重新计算8 8、验算其它性能指标，不满足要求重新、验算其它性能指标，不满足要求重新设计设计自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正串联相位超前校正设计举例串联相位超前校正设计举例设一具有单位反馈的控制系统，其开设一具有单位反馈的控制系统，其开环传递函数为环传递函数为要求设计串联超前校正装置，使系统要求设计串联超前校正装置，使系统具有静态速度误差系数具有静态速度误差系数Kv等于等于20s-1，相角裕度相角裕度不小于不小于50的性能指标。的性能指标。自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正 L()L()1 11001002 20 020dB20dB20lg2020lg20-40dB/dec-40dB/dec-20dB/dec-20dB/dec c0c0(2,x)(2,x)-10lg(1/)-10lg(1/)c c(2 2，20lg(1/)20lg(1/)mm 1 1 2 2(1 1，0)0)自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正（1）根据误差等稳态指标的要求，确定系统的开环增益K解：（2）画出伯德图，计算未校正系统Go（j )的相角裕量自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正（3）由要求的相角裕度，计算所需的超前相角（4）计算校正网络系数（5）确定校正后系统的剪切频率自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正（6）确定超前网络的交接频率1、2（7）画出校正后的伯德图，验算相角稳定裕度为补偿超前网络衰减的开环增益，放大倍数需再提高1/倍。自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统bode图校正系统bode图增益裕度：+相角裕度：18增益裕度：+相角裕度：52.6自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统和校正系统的bode图相角裕度增大0 0c c=9.1=9.1c0c0=6.2=6.2自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统和校正系统的闭环频率特性比较-3dBb0b带宽增加自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正调节时间缩短超调量减少未校正系统和校正系统的单位阶跃响应比较自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正1.系统稳定2.稳态误差满意3.瞬态响应不满意串联超前校正适应的系统串联超前校正适应的系统串联超前校正不适应的系统串联超前校正不适应的系统1.要求提供的相角裕度太大2.未校正系统相角在所需剪切频率处急剧减小自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正校正装置设计问题校正装置设计问题设一具有单位反馈系统的开环传递函数为：要求设计校正装置，使系统满足下列性能指标：自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正 0.10.12 20 020lg520lg5 c0c01 1L()L()-20dB/dec-20dB/dec-60dB/dec-60dB/dec c c=3.8=3.810dB10dB20dB20dB30dB30dB-10dB-10dB-20dB-20dB-30dB-30dB-10lg(1/)-10lg(1/)1010-40dB-40dB-50dB-50dB-60dB-60dB 2 2=21.9=21.9 1 1=0.69=0.69-40dB/dec-40dB/dec自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统、校正系统和校正装置的bode图=25.5=25.50 0-13-13c c=3.5=3.5c0c0=1.8=1.81.要求提供的相角裕度太大2.未校正系统相角在所需剪切频率处急剧减小不适合采用串联相位超前校正=69.7=69.7自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统和校正系统的闭环频率特性比较-3dBb0b带宽增加响应速度提高但有时会造成抗噪能力下降自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正单位阶跃响应比较串联相角超前校正系统未校正系统虽然稳定但动态性能差自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正串联相位滞后校正设计串联相位滞后校正设计设一具有单位反馈系统的开环传递函数为：要求设计串联滞后校正装置，使系统满足下列性能指标：二、串联相位滞后校正二、串联相位滞后校正自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统bode图自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正 0.10.12 20 020lg520lg5-40dB/dec-40dB/dec c0c00.010.011 1L()L()-20dB/dec-20dB/dec-60dB/dec-60dB/dec20lg20lg-20dB/dec-20dB/dec10dB10dB-10dB-10dB-20dB-20dB-30dB-30dB20dB20dB30dB30dB40dB40dB50dB50dB 2 2=0.105=0.105 c c=0.42=0.42-20lg-20lg 1 1=0.009=0.009自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统bode图校正系统bode图增益裕度：0.6增益裕度：6相角裕度：-13相角裕度：43.4自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统和校正系统的bode图43.443.40 0-13-13c c=0.403=0.403c0c0=1.8=1.8相角裕度增大动态性能改善-12.8-12.8自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统和校正系统的闭环频率特性比较b0b-3dB带宽减小调整时间增大自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正单位阶跃响应比较校正系统未校正系统自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正串联相位滞后装置的作用串联相位滞后装置的作用1、提高系统低频响应的增益，减少稳态误差。2、使系统高频响应的增益衰减，提高系统的相角裕度，改善暂态性能。自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正设计串联相位滞后校正装置的步骤：设计串联相位滞后校正装置的步骤：1、根据稳态性能指标确定系统的开环增益K2、绘制在确定K值下的开环伯德图，计算其相角裕度03、求出伯德图上的相角裕度为2=+的对应频率，此频率即为校正后系统的c。4、计算校正网络系数自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正6、写出校正装置的传递函数，画出校正后的伯德图，验算相角稳定裕度是否达到要求7、验算其它性能指标，不满足要求重新设计5、确定滞后校网络的交接频率自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正串联相位滞后校正串联相位滞后校正与串联相位超前校正的不同与串联相位超前校正的不同1、校正机理、校正机理超前校正是利用超前网络的相角超前特性；而滞后校正则是利用滞后网络的高频幅值衰减特性。2、采用无源校正网络时，是否需要附加增益、采用无源校正网络时，是否需要附加增益3、带宽问题、带宽问题4、实际应用时应注意的问题、实际应用时应注意的问题超前校正要求一定的附加增益；而滞后校正一般不需要附加增益。对于同一系统，采用超前校正的系统带宽大于采用滞后校正的系统带宽；从提高系统响应速度的观点来看，希望系统带宽越大越好；与此同时，带宽越大则系统越容易受到噪声干扰的影响。采用超前校正如果造成系统带宽过大，使得系统抗噪能力下降；需要附加前置放大器，使得结构复杂；还可能出现由于截至频率过大，使得响应速度过快，导致伺服机构出现速度饱和现象。采用滞后校正使得系统的响应速度迟缓，有时采用滞后校正可能会得出时间常数大到不能实现的结果。自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正三、串联相位滞后三、串联相位滞后超前校正超前校正超前校正：频带增宽,暂态性能改善,稳态性能改善小滞后超前校正：超前部分：相位超前并在c点上增大了相位裕量，动态性能改善滞后部分：在低频段上增加增益，稳态性能改善滞后校正：带宽降低、响应减慢,但可改善稳态性能自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正低频段低频段的增益应稳态误差的要求，可以有更大的斜率以提高稳态性能。期望特性期望特性自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正中频段的斜率以20dB/dec为宜，且必须有足够的带宽，以保证系的相位裕量，带宽越大，相位裕量越大。中频段 c的大小取决于系统的快速性要求。c大快速性好，但抗扰能力下降。期望特性期望特性自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正高频段一般保留系统固有特性的高频部分作为期望特性的高频段相同斜率、便于实现！尽可能迅速衰减，以抑制噪声的不良影响。期望特性期望特性自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正单位负反馈其开环传递函数试设计一校正装置，使其满足下列指标：串联相位滞后串联相位滞后超前校正设计举例超前校正设计举例自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正 10100.50.50 020dB20dB20lg520lg5-40dB/dec-40dB/dec c0c0=50=501 1100100L()L()-20dB/dec-20dB/dec-60dB/dec-60dB/dec c c=16=1640dB40dB 2 2=4=4 3 3=125=125 1 1=0.256=0.256自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正 10100.50.50 020dB20dB20lg520lg5-40dB/dec-40dB/dec c0c0=50=501 1100100L()L()-20dB/dec-20dB/dec-60dB/dec-60dB/dec c c=16=1640dB40dB 2 2=4=4 1 1=0.256=0.256 3 3=156.25=156.25自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正校正装置传递函数：校正后系统的传递函数：自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统bode图校正系统bode图增益裕度：0.44增益裕度：15相角裕度：-13.2相角裕度：61.9自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统和校正系统的bode图0 0c c=16.18=16.18c0c0=47=47相角裕度增大自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正未校正系统和校正系统的闭环频率特性比较b0b-3dB带宽减小自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正单位阶跃响应比较校正系统未校正系统自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正 10100.50.50 020dB20dB20lg520lg5-40dB/dec-40dB/dec c0c0=50=501 1100100L()L()-20dB/dec-20dB/dec-60dB/dec-60dB/dec c c=30=3040dB40dB 2 2=6=6自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正 10100.50.50 020dB20dB20lg520lg5-40dB/dec-40dB/dec c0c0=50=501 1100100L()L()-20dB/dec-20dB/dec-60dB/dec-60dB/dec c c=25=2540dB40dB 2 2=5=5自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正不同参数校正的效果比较序号期望c123实际c中频带宽度h1160.2564156.25 61.916.2392300.72683.345.22813.93250.5510052.424.1204160.325156.25 58.916.4205300.54.1783.348.627.720中频带宽h越大，越大自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正不同和c下单位阶跃响应的比较越大，超调量越小c越大，系统快速性越好自动控制理论自动控制理论 第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正作业：作业：单位负反馈其开环传递函数试设计一校正装置使其满足下列指标：