串联校正.ppt
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1、6.1 6.1 校正的基本概念校正的基本概念 6.1.1 6.1.1 校正的定义校正的定义 1.1.被控对象被控对象 被被控控对对象象和和控控制制装装置置同同时时进进行行设设计计是是比比较较合合理理的的。充充分分发发挥挥控控制制的的作作用用,往往往往能能使使被被控控对对象象获获得得特特殊殊的的、良良好好的的技技术术性性能能,甚甚至至使使复复杂杂的的被被控控对对象象得得以以改改造造而而变变得得异异常常简简单单。某某些些生生产产过过程程的的合合理理控控制制可可以以大大大大简简化化工工艺艺设设备备。然然而而,相相当当多多的的场场合合还还是是先先给给定定受受控控对对象象,之之后后进进行行系系统统设设计
2、计。但但无无论论如如何何,对对受受控控对对象象要要作作充充分分的的了解是不容置疑的。了解是不容置疑的。了了解解对对象象的的工工作作原原理理和和特特点点,如如哪哪些些参参数数需需要要控控制制,哪哪些些参参数数能能够够测测量量,可可通通过过哪哪几几个个机机构构进进行行调调整整,对对象象的工作环境和干扰等等。的工作环境和干扰等等。1 2.2.性能指标性能指标 自自动动控控制制系系统统是是根根据据它它所所完完成成的的具具体体任任务务设设计计的的。任务不同,对自动控制系统性能的要求也不同。任务不同,对自动控制系统性能的要求也不同。常见的时域指标有:常见的时域指标有:ess p%tr ts 系统的无差度系
3、统的无差度N 等;等;常见的常见的频频域指标有:域指标有:c h 20lgh 和和 r b Mr等。等。性性能能指指标标不不应应当当比比完完成成所所需需要要的的指指标标更更高高。如如调调速速系系统统对对平平稳稳性性和和稳稳态态精精度度要要求求严严格格,而而随随动动系系统统则则对对快快速性期望更高。速性期望更高。3.3.改善系统性能的方法改善系统性能的方法 在进行系统设计时,常常遇到初步设计出来的系统在进行系统设计时,常常遇到初步设计出来的系统不能满足已给出的所有性能指标的要求。不能满足已给出的所有性能指标的要求。2 L()/dB()180 =0 c如下图系统开环伯德图如下图系统开环伯德图:G(
4、s)G(s)/k13其中其中G(s)是根据给定的稳态误差指标设计的,但此时的是根据给定的稳态误差指标设计的,但此时的相角裕度相角裕度 =0,系统处于稳定边界上,不能正常工作。系统处于稳定边界上,不能正常工作。如把如把G(s)所对应的系统称为所对应的系统称为未校正系统未校正系统未校正系统未校正系统,虽然可以通过,虽然可以通过减小未校正系统的开环放大系数使相角裕度增加,如特减小未校正系统的开环放大系数使相角裕度增加,如特性曲线性曲线G(s)/k1所示,但稳态误差也要随之增加,所以所示,但稳态误差也要随之增加,所以开环放大系数是不能减小的。而改变未校正系统的其它开环放大系数是不能减小的。而改变未校正
5、系统的其它参数都是比较困难参数都是比较困难的。这样就得在原系统的基础上采取的。这样就得在原系统的基础上采取另外一些措施,即对系统加以另外一些措施,即对系统加以“校正校正”。所谓的所谓的“校正校正校正校正”,就是在原系统中加入一些参数可,就是在原系统中加入一些参数可以根据需要而改变的机构或装置,使系统整个特性发生以根据需要而改变的机构或装置,使系统整个特性发生变化,从而满足给定的各项性能指标。这一附加的装置变化,从而满足给定的各项性能指标。这一附加的装置称为称为校正装置校正装置校正装置校正装置。4 加入校正装置后使未校正系统的缺陷得到补偿,这加入校正装置后使未校正系统的缺陷得到补偿,这就是校正的
6、作用。就是校正的作用。6.1.2 6.1.2 校正方式校正方式 常用的校正方式有串联校正、反馈校正、前馈校常用的校正方式有串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。正和复合校正四种。串串联联校校正正装装置置一一般般接接在在系系统统误误差差测测量量点点之之后后和和放放大大器器之之前前,串串接接于于系系统统前前向向通通道道之之中中;反反馈馈校校正正装装置置接接在在系统局部反馈通道之中。系统局部反馈通道之中。串联串联校正校正对对象象控制控制器器反馈校正反馈校正5 前前馈馈校校正正或或顺顺馈馈校校正正,是是在在系系统统主主反反馈馈回回路路之之外外采采用用的的校校正正方方式式。这这种种校校正正方方式式
7、的的作作用用相相当当于于对对给给定定值值信信号号进进行行整整形形或或滤滤波波后后,再再送送入入系系统统;另另一一种种前前馈馈校校正正装装置置接接在在系系统统可可测测扰扰动动作作用用点点与与误误差差测测量量点点之之间间,对对扰扰动动信信号号进进行行直直接接或或间间接接测测量量,并并经经变变换换后后接接入入系系统,形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道。统,形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道。前馈前馈校正校正对对象象控制控制器器6 前馈校正可以单独作用于开环控制系统,也可以作为前馈校正可以单独作用于开环控制系统,也可以作为反馈控制系统的附加校正而组成复合控制系统。反馈控制系统的附加校正而组成复
8、合控制系统。复合校正方式是在反馈控制回路中,加入前馈校复合校正方式是在反馈控制回路中,加入前馈校正通路,组成一个有机整体,有按扰动补偿的复合控正通路,组成一个有机整体,有按扰动补偿的复合控制形式和按输入补偿的复合控制形式。制形式和按输入补偿的复合控制形式。前馈校正前馈校正对象对象控制器控制器7G2(s)Gn(s)G1(s)G2(s)Gr(s)G1(s)8 在在控控制制系系统统设设计计中中,常常用用的的校校正正方方式式为为串串联联校校正正和和反反馈馈校校正正两两种种。究究竟竟选选用用哪哪种种校校正正方方式式,取取决决于于系系统统中中的的信信号号性性质质、技技术术实实现现的的方方便便性性、可可供供
9、选选用用的的元元件件、抗抗扰扰性性要要求求、经经济济性性要要求求、环环境境使使用用条条件件以以及及设设计者的经验等因素。计者的经验等因素。串联校正:装置简单,调整灵活,成本低。串联校正:装置简单,调整灵活,成本低。反反馈馈校校正正:其其输输入入信信号号直直接接取取自自输输出出信信号号,校校正正装装置置费费用用高高,调调整整不不方方便便,但但是是可可以以获获得得高高灵灵敏敏度度与与高稳定度。高稳定度。96.1.3设计方法设计方法在在线线性性控控制制系系统统中中,常常用用的的校校正正装装置置设设计计方方法法有有分析法和综合法两种。分析法和综合法两种。分分析析法法又又称称试试探探法法。用用分分析析法
10、法设设计计校校正正装装置置比比较较直直观观,在在物物理理上上易易于于实实现现,但但要要求求设设计计者者有有一一定定的的工工程程设设计经验,设计过程带有试探性。计经验,设计过程带有试探性。综综合合法法又又称称期期望望特特性性法法。这这种种设设计计方方法法从从闭闭环环系系统统性性能能与与开开环环系系统统特特性性密密切切相相关关这这一一概概念念出出发发,根根据据性性能能指指标标要要求求确确定定出出希希望望开开环环特特性性的的形形状状,然然后后与与系系统统原原有有开开环环特特性性相相比比较较,从从而而确确定定校校正正方方式式、校校正正装装置置的的形形式式和和参参数数。综综合合法法有有广广泛泛的的理理论
11、论意意义义,但但希希望望的的校校正正装装置置传函可能相当复杂,在物理上难以实现。传函可能相当复杂,在物理上难以实现。106.2典型校正装置典型校正装置6.2.1 6.2.1 典型无源超前校正网络典型无源超前校正网络超超前前校校正正网网络络的的电电路路图图如如下下图图所所示示。图图中中,U1为为输入信号,输入信号,U2为输出信号。为输出信号。应应当当指指出出,不不论论是是分分析析法法或或综综合合法法,其其设设计计过过程程一一般仅适用于最小相位系统。般仅适用于最小相位系统。在频域内进行系统设计,是一种间接设计方法。因在频域内进行系统设计,是一种间接设计方法。因为设计结果满足的是频域指标,而不是时域
12、指标。然而为设计结果满足的是频域指标,而不是时域指标。然而,在频域内进行设计又是一种简便的方法,在伯德图上,在频域内进行设计又是一种简便的方法,在伯德图上虽然不能严格定量地给出系统的动态性能,但却能方便虽然不能严格定量地给出系统的动态性能,但却能方便地根据频域指标确定校正装置的参数,特别是对已校正地根据频域指标确定校正装置的参数,特别是对已校正系统的高频特性有要求时,采用频域法校正较其它方法系统的高频特性有要求时,采用频域法校正较其它方法更为简便。更为简便。11式中式中 CU1 U2 R2 R1如果输入信号源的内阻如果输入信号源的内阻为零,而输出端的负载阻抗为零,而输出端的负载阻抗为无穷大,则
13、无源超前网络为无穷大,则无源超前网络的传递函数可写为的传递函数可写为分度系数分度系数时间常数时间常数12 采采用用无无源源超超前前网网络络进进行行串串联联校校正正时时,校校正正后后系系统统的的开开环环放放大大系系数数要要下下降降a倍倍,这这样样就就满满足足不不了了稳稳态态误误差差的的要要求求,因因此此网网络络对对开开环环放放大大系系数数的的衰衰减减需需由由提提高高放放大大器器放放大大系系数数来来补补偿偿。现现设设网网络络对对开开环环放放大大系系数数的的衰衰减减已已由由提提高高放放大大器器放放大大系系数数所所补补偿偿,则则无无源源超超前前网网络络的的传传递递函函数可写为数可写为 (1 1)零极点
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