《超前校正》PPT课件.ppt
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1、第八章 用频率响应法设计控制系统 1/14/20231本章主要内容n设计和校正的基本知识n超前校正n滞后校正nPID校正1/14/20232第一节第一节 引言引言n控制系统设计的频率响应法n从开环频率响应可以获得的信息n对开环频率响应的要求n超前、滞后和PID校正的基本特性1/14/20233 本章主要介绍用频率响应法对单输入-单输出的线性定常控制系统进行设计和校正的方法和步骤。8-1-1 控制系统设计的频率响应法控制系统设计的频率响应法 在控制系统的设计中,瞬态响应特性通常是最重要的。在频率响应法中,瞬态响应特性是以间接的方式表示的。也就是说,瞬态响应特性是以一些频域量的形式表示的,这些频域
2、量包括相位裕量、增益裕量、相位裕量、增益裕量、谐振峰值(给出系统阻尼的粗略估计)谐振峰值(给出系统阻尼的粗略估计)、谐振频率、谐振频率、带宽(给出瞬态响应速度的粗略估计)带宽(给出瞬态响应速度的粗略估计)和静态误差系静态误差系数(给出稳态精度)数(给出稳态精度)。1/14/20235 用频率响应法设计出开环系统以后,就可以进一步确定闭环极点和零点了。一旦系统设计出来后,就要检查它的瞬态响应特性,是否满足时域内的要求,如果不满足要求,则需增加校正装置,并重新分析,直到获得满意的结果。在频域设计中,基本上有两种方法,一种是极坐标法,另一种是伯德图法。从设计的角度看,最好采用伯德图法,这是因为:一、
3、校正装置的伯德图可以很容易的叠加到原来的伯德图中;二、如果改变开环增益,幅值特性曲线将上升或下降而不改变曲线的形状,且相角特性曲线保持不变。1/14/20236 应用伯德图进行设计的通常方法是:首先首先调整开环增益,以满足对稳态精度的要求;然后然后画出未校正开环(开环增益已经调整)系统的幅值特性曲线和相角特性曲线。如果对相位裕量和增益裕量的性能指标不能满足,则增加适当的校正环节便可以改变性能指标;最后最后,如果还需要满足其他要求,则在彼此不产生矛盾的条件下,应力图满足这些要求。1/14/202378-1-2 从开环频率响应可以获得的信息从开环频率响应可以获得的信息n频率响应的低频区(远低于转折
4、频率的区域),表征了闭环系统的稳态特性;n频率响应的中频区(靠近-1+j0的区域),表征了闭环系统的相对稳定性;n频率响应的高频区(远高于转折频率的区域),表征了闭环系统的复杂性,瞬态特性。1/14/20238 为了获得较高的速度误差系数及满意的相对稳定性,必须:n在低频区和转折频率附近,增益应该足够大,伯德图中对数幅频曲线的斜率应为-20分贝/十倍频程,这个斜率应该延伸到足够的宽度,以保证适当的相位裕度;n在高频段,应当使增益尽可能快的衰减下来,以便使噪音的影响达到最小。8-1-3 对开环频率响应的要求对开环频率响应的要求 在大多数实际情况中,校正问题实质上是一个在稳态精度与相对稳定性之间取
5、折衷的问题。1/14/20239n超前校正能使瞬态响应得到显著改善,稳态精确度的改变则很小,它可以增强高频噪声效应。n滞后校正使稳态精确度得到显著提高,但瞬态响应的时间却随之而增加。滞后校正能抑制高频噪声信号的影响。n滞后-超前校正综合了超前和滞后校正两者的特性。8-1-4 超前、滞后和超前超前、滞后和超前-滞后校正的基本特性滞后校正的基本特性1/14/202310第二节第二节 相位超前校正相位超前校正1/14/202311一、相位超前校正装置一、相位超前校正装置无源超前校正装置:1/14/202312有源超前校正装置:为了避免无源校正装置的负载效应,可用隔离放大器。也可用放大器和RC元件构成
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