楼宇自动控制系统-06自动控制系统的设计与校正概要

自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 第六章 自动控制系统的设计与校正 6.1 系统设计的设计步骤 1.根据用户提出的性能指标和被控对象的 具体工作环境 ， 根据条件进行调研 、 查阅 技术资料 ， 确定合理的设计指标 ， 作为设 计的依据 。 2.初步确定控制方案 ， 如是用计算机控制 还是一般的模拟控制 ， 驱动方式是采用电 动的还是液压气动的 ， 完成系统的职能方 框图 ， 写出可行性方案论证报告 。 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 3. 具体进行设计 根据初步确定的合理的设计指标进行 总体设计 ， 合理地设计或选择元部件 ， 尤 其是对测量元件的选择要给予充分的注意 。 组成系统后 进行动 、 静态分析计算 ， 同 时进行计算机仿真 。 若不符合指标要求 ， 则要进行校正 ， 使其满足指标要求 。 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 4 实验室原理性试验 根据具体设计 ， 在实验室建造系统的原 型机 ， 并进行试验 。 按照试验的结果调正修 改系统的部件中的有关参数 ， 排除故障 ， 进 一步完善具体设计 。 5 提交样机通过技术鉴定 在实验室试验的基础上 考虑到实际的 使用条件进行样机生产 。 再通过对样机的试 验考核 ， 鉴定其是否全面满足设计指标 ， 基 本符合后才可决定小批量生产 。 经过实际应 用的考验 ， 最后才能通过技术鉴定 ， 投入小 批量生产 ， 进行定点实际应用 。 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 调节时间 ts 超调量 p% 稳态误差 ess 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 一、时域指标 6.2 性能指标与系统设计的基本思路 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 二、频域指标 : 1闭环频域指标 峰值 Mr 峰值频率 r 频带 b 2 开环频域指标 截止频率 (穿越频率 )c 相稳定裕度 模稳定裕度 Lh 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 三、各项指标的关系 四、系统带宽的选择 五、校正方案 校正装置 ：给系统加入一些具有某种典型 环节特性的电网络、模拟运算部件以及测 量装置等，靠这些环节的配置来有效地改 善整个系统的控制性能，借以达到所要求 的性能指标。这一加入的部件或装置通常 称为校正元件或校正装置。可归结为易于 实现的几种类型（ 超前校正装置 、 滞后校 正装置 和 超前 -滞后校正装置 ）。 结构已 知，参数可调。工程上广泛应用 PID调节器 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 校正（连接）方式 ： 按照系统中校正装置的 连接方式 ，可分为 串联校正 、 反馈校正 、 前馈校正 、 复合校 正 四种。 串联校正和反馈校正 (1)串联校正和反馈校正 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 前馈校正 (2)前馈校正 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 (4)复合校正 复合校正 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 六、 校正方法 （两法都有经验成分） 1. 分析法（试探法） 首先由经验确定校正方案，然后由指标选择 易于实现的校 正装置（类型）的参数，直到系统校正后满足给定的全部 性能指标。 该法的优点是校正装置简单，可以设计成产品，例如，工 业上常用的 PID调节器等。因此，在工程上得到广泛的应 用。 2. 综合法（期望特性法） 按性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装置的 数学模型，使校正后的数学模型等于期望的数学模型。 该法虽然简单，但得到的数学模型一般比较复杂，在实际 应用中有很大的限制。但，对校正装置的选择有很好的 指导作用。 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 6.3 基本控制规律（ PID算法） 在校正装置中 ， 常采用比例 (P)、 微分 (D)、 积分 (I)、 比例微分 (PD)、 比例积分 (PI)、 比 例积分微分 (PID)等基本的控制规律 。 一、比例 (P)控制 具有比例控制规律的控制器称为比例控 制器 其特性和比例环节完全相同 ， 它 实际上是一个可调增益的放大器 。 传递函数 p () () Xs K Es 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 动态结构图为 比例控制的作用： 1在系统中增大比例系数 Kp可减少系统的稳 态误差以提高稳态精度。 2增加 Kp可降低系统的惯性，减小一阶系统 的时间常数，改善系统的快速性。 3. 提高 Kp往往会降低系统的相对稳定性，甚 至会造成系统的不稳定。 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 二、比例 微分 (PD)控制 动态结构图为 具有比例 微分控制规律的控制器称为比 例微分控制器。 传递函数 p () ( 1 ) () Xs Ks Es 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 PD控制器的作用： PD控制具有超前校正的作用 ， 能给出控制系 统提前开始制动的信号 ， 具有 “ 预见 ” 性 ， 能反应偏差信号的变化速率 (变化趋势 )， 并 能在偏差信号变得太大之前 ， 在系统中引进 一个有效的早期修正信号 ， 有助于增加系统 的稳定性 ， 同时还可以提高系统的快速性 。 其缺点是系统抗高频干扰能力差 。 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 三、积分 (I)控制 具有积分控制规律的控制器，称为 I控制器。 动态结构图为 传递函数 i() () KXs E s s 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 积分控制的作用： 1在串联校正中，采用 I控制器可以提高系统 的型别，提高稳态精度。 2增加了一个位于原点的开环极点对稳定性 不利。 3. 一般不单独采用。 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 四、比例积分 (PI)控制 动态结构图 传递函数 p i p ii 111 KXs TsK E s T s T s 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 PI控制器的作用： 在系统中主要用于在保证控制系统稳定的 基础上提高系统的型别，从而提高系统的 稳态精度。 五、比例 积分 微分 (PID)控制 动态结构图 自动控制原理 第六章 自动控制系统的设计与校正 传递函数 p i 11Xs Ks E s T s PID控制器的作用： PID具有 PD和 PI双重作用 ， 能够较全面地提 高系统的控制性能 。 PID控制器除了提高系 统型别之外 ， 还提供了两个负实零点 ， 从 而较 PI控制器在提高系统的动态性能方面有 更大的优越性 。 因此 ， 在工业控制设计中 ， PID控制器得到了非常广泛的应用 。