第七章校正教学课件

基 本 要 求 了解控制系统校正的基本概念和校正方式：串联校正、反馈校正、干扰补偿校正和前置校正；掌握在串联校正中所采用的超前校正环节、滞后校正环节、滞后超前校正环节、PID校正器的传递函数及其特点和作用；了解串联校正和反馈校正的设计方法和步骤。第七章 控制系统的综合与校正 自动控制系统是由受控对象和控制装置组成的。自动控制系统是由受控对象和控制装置组成的。根据受控对象及其技术要求来设计控制系统时，需根据受控对象及其技术要求来设计控制系统时，需要进行大量地分析计算，考虑的问题也是多方面的。要进行大量地分析计算，考虑的问题也是多方面的。既要保证有良好的控制性能，又要兼顾到工艺性、既要保证有良好的控制性能，又要兼顾到工艺性、经济性以及使用寿命，体积和重量也是不容忽视的。经济性以及使用寿命，体积和重量也是不容忽视的。设计工作既要有理论作为指导，又要重视实践经验，设计工作既要有理论作为指导，又要重视实践经验，往往还要配合许多局部和整体的模拟实验。本章只往往还要配合许多局部和整体的模拟实验。本章只从控制性能的观点出发，讨论自控系统的设计问题。从控制性能的观点出发，讨论自控系统的设计问题。7-1 控制系统校正概述一、控制系统的设计与校正问题：一、控制系统的设计与校正问题：1、充分了解受控对象，明确其性能要求；、充分了解受控对象，明确其性能要求；2、确定性能指标；、确定性能指标；P2173、选择基本的控制元部件；、选择基本的控制元部件；时域指标：时域指标：4、系统的校正；、系统的校正；7-1 控制系统校正概述对于高阶系统对于二阶系统闭环频域指标：闭环频域指标：开环频域指标：开环频域指标：二、控制系统的校正方式：控制器控制器受控对象受控对象原系统内部校正校正器校正器控制器控制器受控对象受控对象控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器内部校正串联校正反馈校正外部校正7-1 控制系统校正概述校正器校正器控制器控制器受控对象受控对象控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器前置校正干扰补偿校正外部校正二、控制系统的校正方式：控制器控制器受控对象受控对象原系统内部校正外部校正7-1 控制系统校正概述干扰补偿校正前置校正结构不稳定系统！例：试求图示各系统中干扰引起的稳态误差ess2？串联校正反馈校正控制器控制器受控对象受控对象校正前的控制系统:校正器校正器控制器控制器受控对象受控对象串联校正后的系统:7-2 串联校正串联校正器:校正器校正器控制器控制器受控对象受控对象串联校正后的系统:校正前原来系统的开环对数幅频串联校正后系统的期望开环对数幅频最小相位系统！7-2 串联校正串联校正器:校正器校正器控制器控制器受控对象受控对象串联校正后的系统串联校正后的系统:一、超前校正网络二、滞后校正网络三、滞后超前校正网络四、P.I.D 校正器7-2 串联校正令令u1u2R1CR2一、超前校正7-2 串联校正一、超前校正u1u2R1CR2令令7-2 串联校正系统变稳定了；系统变稳定了；低频段没变；低频段没变；中频段变为较宽中频段变为较宽 的的-20线；线；C 变宽，快速性提高；变宽，快速性提高；抗高频干扰能力略有下降。抗高频干扰能力略有下降。一、超前校正例例：7-2 串联校正原系统不稳定原系统不稳定例液位控制系统：7-2 串联校正校正前的闭环特征多项式为：校正后的闭环特征多项式为：不不稳稳定定稳稳定定CR2R1u1u2二、滞后校正令令7-2 串联校正CR2R1u1u2二、滞后校正令令7-2 串联校正7-2 串联校正二、滞后校正CR2R1u1u2系统的稳定裕度提高；系统的稳定裕度提高；低频段没变；低频段没变；中频段变为较宽中频段变为较宽 的的-20线；线；C 变窄，影响快速性；变窄，影响快速性；抗高频干扰能力提高。抗高频干扰能力提高。二、滞后校正例例：7-2 串联校正低频段被抬高，虽低频段被抬高，虽然型别不变，但然型别不变，但 Kv(即即 K)增大，系统增大，系统的稳态精度提高。的稳态精度提高。二、滞后校正例例：7-2 串联校正系统稳定，提高稳态精度系统稳定，提高稳态精度三、滞后-超前校正C2R2R1u1u2C17-2 串联校正系统的稳定裕度提高；系统的稳定裕度提高；低频段抬高；低频段抬高；中频段变为较宽中频段变为较宽 的的-20线；线；C 不变；不变；抗高频干扰能力略有下降。抗高频干扰能力略有下降。三、滞后-超前校正例例：7-2 串联校正四、P.I.D 校正 在工业自动化设备中，常采用由电动的、气在工业自动化设备中，常采用由电动的、气动或液动的控制单元构成组合型校正装置。由比动或液动的控制单元构成组合型校正装置。由比例例(P)P)单元单元 、积分积分(I)I)单元单元 以及以及微分微分(D)D)单元单元 ，可以组成可以组成 PDPD、PIPI及及 PIDPID三种校正器。三种校正器。7-2 串联校正四、P.I.D 校正1、PD 校正器：校正器：引入一个一阶微分环节，引入一个一阶微分环节，其作用可相当于超前校正。其作用可相当于超前校正。7-2 串联校正例液位控制系统：H为了使系统稳定，可选择为了使系统稳定，可选择7-2 串联校正 可使系统的型别增加，可使系统的型别增加，其作用可相当于滞后校正。其作用可相当于滞后校正。2、PI 校正器：校正器：四、P.I.D 校正7-2 串联校正 可使系统的型别增加，可使系统的型别增加，其作用可相当于滞后其作用可相当于滞后-超前超前校正。校正。3、PID 校正器：校正器：四、P.I.D 校正7-2 串联校正PD 校正器校正器PI 校正器校正器PID 校正器校正器四、P.I.D 校正7-2 串联校正作业作业1P274:7-5；P274:7-1 较多采用的反馈校正形式有：位置(比例)反馈速度反馈反馈校正的作用：改变被包围部件的特性及参数。控制器控制器受控对象受控对象校正前控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器反馈校正后7-3 反馈校正作用：可改变系统作用：可改变系统的型别及参数的型别及参数控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器例例1.反馈校正后7-3 反馈校正作用：可改变系统作用：可改变系统的型别及参数的型别及参数控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器例例2.反馈校正后7-3 反馈校正作用：只是改变了作用：只是改变了系统的参数系统的参数!控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器例例3.反馈校正后7-3 反馈校正例例4.控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器反馈校正后改变系统的参数改变系统的参数7-3 反馈校正对于单位负反馈系统而言，系统的开环传递函数系统的开环传递函数ess1(t)esst1(t)7-4 改善二阶系统响应特性的两种措施 改善二阶系统响应特性的两种措施：+引入误差信号引入误差信号的比例的比例-微分控制微分控制引入输出信号引入输出信号的速度反馈控制的速度反馈控制7-4 改善二阶系统响应特性的两种措施斜坡输入时，要求斜坡输入时，要求+引入误差信号引入误差信号的比例的比例-微分控制微分控制7-4 改善二阶系统响应特性的两种措施阶跃时引入输出信号引入输出信号的速度反馈控制的速度反馈控制7-4 改善二阶系统响应特性的两种措施斜坡输入时，要求斜坡输入时，要求阶跃时 了解控制系统校正的基本概念和校正方式：串联校正、反馈校正、干扰补偿校正和前置校正；掌握在串联校正中所采用的超前校正环节、滞后校正环节、滞后超前校正环节、PID校正器的传递函数及其特点和作用；了解串联校正和反馈校正的设计方法和步骤。四、自控系统校正的基本要求四、自控系统校正的基本要求作业作业2P275:7-10；P276:7-15 一、控制系统的一般概念一、控制系统的一般概念1、自控系统的基本控制方式：控制器控制器受控对象受控对象开环控制方式：闭环控制方式：开环传递函数闭环传递函数干扰总 复 习 在控制系统稳定的前提下，分析系统的“稳”、“快”、“准”三方面控制性能。3、其它基本概念：控制系统的阶次及型别、最小相位环节及系统、时域响应、频域响应、系统的误差与偏差、负反馈、主导极点与偶极子。2、自控系统的性能指标：一、控制系统的一般概念一、控制系统的一般概念总 复 习微分方程微分方程(组组)动态方框图动态方框图拉氏变换拉氏变换传传递递函函数数等效变换等效变换拉氏变换拉氏变换象方程组象方程组由系统列微分方程由系统列微分方程(组组)；由系统绘制动态方框图；由系统绘制动态方框图；由系统动态方框图求传函；由系统动态方框图求传函；由系统典型响应由系统典型响应(曲线曲线)求传函；求传函；由系统频率响应曲线求传函；由系统频率响应曲线求传函；对于电子网络还可以利用对于电子网络还可以利用S域域 模型求传函；模型求传函；二、自控系统动态数学模型的建立及转换二、自控系统动态数学模型的建立及转换总 复 习一阶典型系统:时域分析三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习0j-1其中其中q 为开环零极点的个数；为开环零极点的个数；p 为开环右极点的个数。为开环右极点的个数。乃奎斯特稳定判据：乃奎斯特稳定判据：频域分析三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法一阶典型系统:总 复 习0j-1频域分析三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法一阶典型系统:总 复 习二阶典型系统:时域分析0jS1S2三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习频域分析0j-1-20-401=1.414nc=0.707 n二阶典型系统:三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习高阶系统:三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习利用劳斯判据判断系统的稳定性：劳斯表第一列所有元素大于零：注意结构不稳定系统!时域分析高阶系统:三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习利用终值定理求解系统的稳态误差：及其应用条件！时域分析高阶系统:三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习利用主导极点利用主导极点和偶极子的概和偶极子的概念，将高阶系念，将高阶系统降阶近似估统降阶近似估 算算Mp%和和ts等。等。0jS1S2时域分析高阶系统:三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习高阶系统的频域分析 0 20 40-90L()(dB)-180-270()(rad/s)-20-20-60c-400j-1三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习 0 20 40-90L()(dB)-180-270()-40-20-60c(rad/s)0j-1高阶系统的频域分析三、自控系统性能分析：三、自控系统性能分析：时域分析法时域分析法 频域分析法频域分析法总 复 习H以液位控制系统为例以液位控制系统为例1.建立系统数学模型:对受控对象水箱而言:执行电机的传函(La0):总 复 习2.系统性能分析:H1.建立系统数学模型:系统闭环的特征方程为：可见，此系统属于可见，此系统属于结构不稳定系统。结构不稳定系统。即以液位控制系统为例以液位控制系统为例总 复 习串联校正 反馈校正2.系统性能分析:H1.建立系统数学模型:3.系统的校正:系统的特征方程为：以液位控制系统为例以液位控制系统为例总 复 习例液位控制系统：H总 复 习以液位控制系统为例以液位控制系统为例控制器控制器受控对象受控对象校正器校正器反馈校正后H总 复 习供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)