第六章控制系統(tǒng)的校正浙江大學(xué)鄒伯敏教授自動控制理論普通高等教育“九五”部級重點教材7/5/20241第一節(jié)引言自動控制理論控制系統(tǒng)校正的方法圖6-2校正裝置的種類〔1〕有源校正裝置〔2〕無源校正裝置7/5/20242第二節(jié)超前校正的裝置超前校正的裝置圖6-3自動控制理論7/5/20243圖6-4圖6-5自動控制理論7/5/20244圖6-6自動控制理論基于根軌跡法的超前校正例6-1要求校正后系統(tǒng)的ξ=0.5，ωn=4解：1〕對原系統(tǒng)分析圖6-97/5/202452〕確定希望的閉環(huán)極點自動控制理論3〕計算超前校正裝置在sd處產(chǎn)生的超前角4〕確定超前校正裝置的零、極點7/5/202465〕求K和Kv值圖6-10超前校正裝置自動控制理論6〕檢驗極點sd是否對系統(tǒng)的動態(tài)起主導(dǎo)作用圖6-11校正后系統(tǒng)的框圖7/5/20247基于頻率響應(yīng)法的超前校正例6-2已知系數(shù)Kv=20s-1，r=50°，20lgKg=10dB解：自動控制理論，要求校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差1〕調(diào)整開環(huán)增益K，滿足Kv的要求7/5/202482〕繪制校正前系統(tǒng)的伯特圖，由圖得自動控制理論圖6-12校正前和校正后系統(tǒng)的伯德圖3〕計算相位超前角和α值4〕確定Gc(s)的零、極點7/5/20249自動控制理論5〕校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)圖6-13校正后系統(tǒng)的方框圖串聯(lián)校正的主要特點1〕利用超前校正裝置的相位超前特性對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正2〕超前校正會使系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的速度變快3〕超前校正一般適用于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度能滿足要求而其動態(tài)性能需要校正的場合7/5/202410第三節(jié)滯后校正滯后校正的裝置圖6-14滯后校正裝置的伯德圖自動控制理論7/5/202411基于根軌跡法的滯后校正例一單位反響系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為假設(shè)在圖中的sd點，系統(tǒng)具有滿意的動態(tài)性能百其開環(huán)增益偏小，不能滿足穩(wěn)態(tài)精度要求加滯后校正裝置的目的：1〕使校正后的系統(tǒng)的閉環(huán)主導(dǎo)極點緊靠于sd點2〕使校正后的系統(tǒng)的開環(huán)增益有較大幅度的增大自動控制理論7/5/202412要求Gc(s)的零、極點必須靠近坐標(biāo)原點，其目的：1〕使Gc(s)在sd處產(chǎn)生的滯后角小于5°2〕使校正后系統(tǒng)的開環(huán)增益能增大β倍。例6-3已知自動控制理論7/5/202413圖6-17校正后系統(tǒng)的根軌跡1〕作出未校正系統(tǒng)的根軌跡解：2〕由性能指標(biāo)，確定閉環(huán)系統(tǒng)的希望主導(dǎo)極點sd自動控制理論3〕確定校正系統(tǒng)在sd處的增益4〕確定β值7/5/2024145〕由作圖求得Gc(s)的零、極點自動控制理論7/5/202415基于頻率響應(yīng)的滯后校正例6-41〕調(diào)整K解：2〕作未校正系統(tǒng)的Bode圖自動控制理論7/5/2024163〕選擇新的ωc4〕確定β值自動控制理論7/5/2024175〕校正后系統(tǒng)的Bode圖滯后校正的主要特點1〕利用滯后校正裝置的高頻值衰減特性2〕校正后系統(tǒng)的ωc變小,系統(tǒng)的帶寬變窄,瞬態(tài)響應(yīng)變快3〕滯后校正適用系統(tǒng)的動態(tài)性能好，而靜態(tài)精度偏低的場合自動控制理論圖6-187/5/202418第四節(jié)滯后-超前校正滯后-超前校正的裝置圖6-19自動控制理論7/5/202419自動控制理論7/5/202420圖6-21圖6-20自動控制理論基于根軌跡法的滯后-超前校正例6-5要求校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)為ξ=0.5,ωn=5s-1和Kv=80s-11〕對未校正系統(tǒng)分析解：7/5/202421圖6-232〕確定希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點自動控制理論3〕選擇新的Kc7/5/2024224〕計算sd處相角的缺額自動控制理論5〕T1和β值確實定7/5/202423自動控制理論圖6-24由圖解得：7/5/2024246〕根據(jù)β值選取T2圖6-25自動控制理論7/5/202425基于頻率法的滯后-超前校正例1〕求K值解：2〕畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖自動控制理論3、確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率ωc4、確定滯后-超前校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率7/5/202426自動控制理論圖6-26超前局部傳遞函數(shù)確實定校正前系統(tǒng)在ω=1.5s-1處的幅值為+13dB,要求Gc(s)的超前局部在ω=1.5s-1處產(chǎn)生-13dB幅值.由作圖得：7/5/202427自動控制理論Gc(s)的超前局部的傳遞函數(shù)為7/5/202428第五節(jié)PID控制器及其參數(shù)調(diào)整圖7-1控制系統(tǒng)圖7-3具有25%超調(diào)量的單位階躍響應(yīng)曲線自動控制理論7/5/202429自動控制理論圖7-4受控對象的單位階躍響應(yīng)圖7-5S形響應(yīng)曲線7/5/202430方法一表一Z-N第一法自動控制理論方法二令Ti=∞，Td=0圖7-6具有比例控制器的閉環(huán)系統(tǒng)7/5/202431圖7-7具有周期Tc的持續(xù)振蕩表二Z-N第二法自動控制理論例一系統(tǒng)如以下圖所示試用Z-N法那么確定KpTi和Td7/5/202432圖7-8具有PID控制器的控制系統(tǒng)自動控制理論