1、 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)幾個(gè)概念幾個(gè)概念 1.對(duì)數(shù)頻率特性曲線對(duì)數(shù)頻率特性曲線一倍頻程 一倍頻程一倍頻程 一倍頻程十倍頻程十倍頻程十倍頻程P1P2P31248 10204010068060對(duì)數(shù)分度 1，lg =0 =10,lg =1 =100,lg =2. 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)2.幅相曲線幅相曲線3.幅值裕度幅值裕度h：幅相曲線上，相角為：幅相曲線上，相角為-180時(shí)時(shí) 對(duì)應(yīng)幅值得倒數(shù)，即對(duì)應(yīng)幅值得倒數(shù)，即 I式中式中g(shù)稱為相角交接頻率。稱為相角交接頻率。 假設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳送系數(shù)增大到原來的假設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳送系數(shù)增大到原來的h倍，那么倍，那么系統(tǒng)就處于臨界穩(wěn)定形狀。系統(tǒng)就處于臨界

2、穩(wěn)定形狀。 | )()(|1ggjHjGh 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)4.相角裕度相角裕度：180加開環(huán)幅相曲線幅值為加開環(huán)幅相曲線幅值為1時(shí)的相角，時(shí)的相角， 即即 II式中式中c為系統(tǒng)的截止頻率。為系統(tǒng)的截止頻率。假設(shè)系統(tǒng)對(duì)頻率假設(shè)系統(tǒng)對(duì)頻率c信號(hào)的相角延遲再增大信號(hào)的相角延遲再增大度，那么系統(tǒng)度，那么系統(tǒng)將處于臨界穩(wěn)定形狀。將處于臨界穩(wěn)定形狀。 )()(180ccojHjG 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)cgh(dB)0-180()(dB)從對(duì)數(shù)頻率特性曲線求從對(duì)數(shù)頻率特性曲線求和和20lgh 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)5.近似開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線的特點(diǎn)：近似開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線的特點(diǎn)： 1最

3、左端直線斜率為最左端直線斜率為-20 dB/dec,這里這里 是積分是積分環(huán)節(jié)數(shù)環(huán)節(jié)數(shù). 2在在等于等于1時(shí)，最左端直線或其延伸線當(dāng)時(shí)，最左端直線或其延伸線當(dāng) 45已校正系統(tǒng)的幅值裕度仍為已校正系統(tǒng)的幅值裕度仍為+dB，由于其對(duì)數(shù)相頻特性不能夠以，由于其對(duì)數(shù)相頻特性不能夠以有限值與有限值與-180線相交。此時(shí)，全部性能目的均已滿足。線相交。此時(shí)，全部性能目的均已滿足。 本例中，系統(tǒng)經(jīng)串聯(lián)校正后，中頻區(qū)斜率變?yōu)楸纠?，系統(tǒng)經(jīng)串聯(lián)校正后，中頻區(qū)斜率變?yōu)?20dB/dec,并占據(jù)并占據(jù)6.6(rad/s)的頻率范圍，從而相角裕度增大，動(dòng)態(tài)過程超調(diào)量下降。的頻率范圍，從而相角裕度增大，動(dòng)態(tài)過程超調(diào)量下

4、降。因此實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)中，其中頻區(qū)斜率大多具有因此實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)中，其中頻區(qū)斜率大多具有-20dB/dec的的斜率。由此可見，串聯(lián)超前校正可使開環(huán)系統(tǒng)截止頻率增大，從而斜率。由此可見，串聯(lián)超前校正可使開環(huán)系統(tǒng)截止頻率增大，從而閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，使呼應(yīng)速度也加快。閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，使呼應(yīng)速度也加快。 該當(dāng)指出，在有些情況下，采用串聯(lián)超前校正是無效的。串聯(lián)超該當(dāng)指出，在有些情況下，采用串聯(lián)超前校正是無效的。串聯(lián)超前校正受以下兩個(gè)要素的限制：前校正受以下兩個(gè)要素的限制： 1閉環(huán)帶寬要求。假設(shè)未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，為了得到規(guī)定的相角閉環(huán)帶寬要求。假設(shè)未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，為了得到規(guī)定的相角裕度，需

5、求超前網(wǎng)絡(luò)提供很大的相角超前量。這樣，超前網(wǎng)絡(luò)的裕度，需求超前網(wǎng)絡(luò)提供很大的相角超前量。這樣，超前網(wǎng)絡(luò)的a值必需選得很大，從而呵斥以校正系統(tǒng)帶寬過大，使得經(jīng)過系統(tǒng)的值必需選得很大，從而呵斥以校正系統(tǒng)帶寬過大，使得經(jīng)過系統(tǒng)的1a1-asin arcm 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)高頻噪聲電平很高，很能夠是系統(tǒng)失控。高頻噪聲電平很高，很能夠是系統(tǒng)失控。 2在截止頻率附近相角迅速減小的未校正系統(tǒng)，普通不宜采用在截止頻率附近相角迅速減小的未校正系統(tǒng)，普通不宜采用串聯(lián)超前校正，由于隨著截止頻率的增大，未校正系統(tǒng)相角迅速減串聯(lián)超前校正，由于隨著截止頻率的增大，未校正系統(tǒng)相角迅速減小，使已校正系統(tǒng)的相角裕度

6、改善不大，很難得到足夠的相角超前小，使已校正系統(tǒng)的相角裕度改善不大，很難得到足夠的相角超前量。普通情況下，產(chǎn)生這種相角迅速減小的緣由是：在未校正系統(tǒng)量。普通情況下，產(chǎn)生這種相角迅速減小的緣由是：在未校正系統(tǒng)截止頻率的附近，或有兩個(gè)交接頻率彼此接近或彼此相等的的慣性截止頻率的附近，或有兩個(gè)交接頻率彼此接近或彼此相等的的慣性環(huán)節(jié)；或有一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)；或有一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)。 在上述情況下，系統(tǒng)可采用其它方法進(jìn)展校正，例如采用兩級(jí)在上述情況下，系統(tǒng)可采用其它方法進(jìn)展校正，例如采用兩級(jí)或兩級(jí)以上的串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展串聯(lián)超前校正，或采用一個(gè)遲或兩級(jí)以上的串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展串聯(lián)超前校正，或采用一個(gè)遲后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展遲后校正，也可以采用測(cè)速反響校正。后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展遲后校正，也可以采用測(cè)速反響校正。 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì) 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì) 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì) 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì) 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì) 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì) 第四章 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)微分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)G(s)=s，G(j)jej90對(duì)數(shù)幅頻：對(duì)數(shù)幅頻：L()=20lg對(duì)數(shù)相頻：對(duì)數(shù)相頻：()900故微分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線為一條在故微分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線為一條在1除經(jīng)過零