《机械工程控制基础》课程教学资源（PPT课件）第六章 控制系统的性能分析与校正

第六章控制系统的性能分析与校正 对于一个控制系统来说，其基本性能要求是稳定、准 确、快速。 其他的要求还有经济性、工艺性、体积、寿命等。在 分析和设计系统时，需要具备一定的实践经验。 本章只从控制系统的角度，讨论控制系统的系统综合 和校正问题

第六章 控制系统的性能分析与校正 对于一个控制系统来说，其基本性能要求是稳定、准 确、快速。 其他的要求还有经济性、工艺性、体积、寿命等。在 分析和设计系统时，需要具备一定的实践经验。 本章只从控制系统的角度，讨论控制系统的系统综合 和校正问题

如果一个系统的元部件及参数已经给定，就要分析 它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标 ,这就是性能分析问题。 若系统不能全面地满足所要求的性能指标，则可考 虑对原已选定的系统增加必要的元件或环节，使系统 能够全面地满足所要求的性能指标，这就是系统的综 合与校正

如果一个系统的元部件及参数已经给定，就要分析 它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标 ，这就是性能分析问题。 若系统不能全面地满足所要求的性能指标，则可考 虑对原已选定的系统增加必要的元件或环节，使系统 能够全面地满足所要求的性能指标，这就是系统的综 合与校正

本章内容 一系统的性能指标，校正的一般概念，常用的校正方 法与分类； 二相位超前校正，相位滞后校正，相位超前-滞后校正 的基本特性及其频域设计方法； 三.PID调节器的基本特性与设计方法； 四顺馈校正与反馈校正的基本特性

一.系统的性能指标，校正的一般概念，常用的校正方 法与分类； 二.相位超前校正，相位滞后校正，相位超前-滞后校正 的基本特性及其频域设计方法； 三. PID调节器的基本特性与设计方法； 四.顺馈校正与反馈校正的基本特性。 本章内容

§6.1系统的性能指标 设计某个控制系统的目的，是用来完成某一特定的任 务。控制系统可分为被控对像和控制装置两大部分，当 被控对象确定后，则可对控制系统提出要求，通常以性 能指标来表示，这些指标常常与精度、相对稳定性和响 应速度有关

§6.1 系统的性能指标 设计某个控制系统的目的，是用来完成某一特定的任 务。控制系统可分为被控对象和控制装置两大部分，当 被控对象确定后，则可对控制系统提出要求，通常以性 能指标来表示，这些指标常常与精度、相对稳定性和响 应速度有关

§6.1系统的性能指标 系统的性能指标，按其类型可分为： (1)时域性能指标：包括瞬态和稳定性能指标； (2)频域性能指标：它不仅反映系统在频域方面的特性，而目 当时域性能不易求得，可首先用频率特性实验来求得该系统 在频域中的动态性能，再由此推出时域中的动态性能。 (3)综合性能指标：它是考虑对系统的某些重要参数应如何取 值才能保证系统获得某一最优的综合性能的测度。即：若对 这个性能指标取极值，则可获得有关重要参数值，而这些参 数值可保证这一综合性能为最优

系统的性能指标，按其类型可分为： ⑴时域性能指标：包括瞬态和稳定性能指标； ⑵频域性能指标：它不仅反映系统在频域方面的特性，而且 当时域性能不易求得，可首先用频率特性实验来求得该系统 在频域中的动态性能，再由此推出时域中的动态性能。 ⑶综合性能指标：它是考虑对系统的某些重要参数应如何取 值才能保证系统获得某一最优的综合性能的测度。即：若对 这个性能指标取极值，则可获得有关重要参数值，而这些参 数值可保证这一综合性能为最优。 §6.1 系统的性能指标

§6.1系统的性能指标 一、时域性能指标： 评价控制系统优劣的性能指标，一般是根据系统在 典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。 例单位阶跃下二阶欠阻尼系统的时域指标： x(t)↑ x、×100% 一 般从使用的角度来看，时域指标比较直观，对系统 的要求常常以时域指标的形式提出

一、时域性能指标： 评价控制系统优劣的性能指标，一般是根据系统在 典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。 例.单位阶跃下二阶欠阻尼系统的时域指标： §6.1 系统的性能指标 0 1 x t 0 ( ) t r t p t s t ( ) max 0 p 100% x M x =    N ss e 一般从使用的角度来看，时域指标比较直观，对系统 的要求常常以时域指标的形式提出

§6.1系统的性能指标 频域性能指标： 1、开环频域指标：和表征了系统的中频特性，反映了 系统的稳定性和快速性。 L(w) W (dB) (w) W -180

二、频域性能指标： 1、开环频域指标： 和 表征了系统的中频特性，反映了 系统的稳定性和快速性。 wc  0  −180   (w) L w( ) wc wg kg dB ( ) w §6.1 系统的性能指标

A 2、闭环频域指标： max A(0) 谐振峰值：M,=A 0.707A(0) A(0) Wm 复现频率 O~Wm :复现低频正弦输入信号的带宽（工作带宽） Wb 闭环截止频率，从A(O仍降时的 W 0~W。:闭环带宽

2、闭环频域指标： Amax A0( ) 0.707A 0( )  wM wr wb w max (0) r A M A = wm 0 ~ wm wb 谐振峰值： 复现频率 ：复现低频正弦输入信号的带宽（工作带宽） 闭环截止频率，从 A(0) 下降 3 时的 dB w 0 ~ wb ：闭环带宽

在基于频域特性的设计中，常将时域指标转换成频域指 标来考虑。 频域性能指标与时域性能指标间有一定的关系，例如， tp,t,与隋关。 当阻尼比5一定时，截止频率药都是反比关系，即 :带宽越，係统响应输入信号的快速性个

在基于频域特性的设计中，常将时域指标转换成频域指 标来考虑。 频域性能指标与时域性能指标间有一定的关系，例如， t p ， t s 与 w 有关。 b 当阻尼比 一定时，截止频率 与 都呈反比关系，即 ：带宽越 ，系统响应输入信号的快速性  wb p t

G()= s+1 G()=】 3s+1 T=1,w71=1=W61 T=3,wr2= 二Wb2 3 L(w) ) xd() x(1 0.1 1 1/3 3dB w1>w2所以，的响应速度个 单位阶跃响应 单位斜坡响应 有较好的跟随性能。 的惯性个

1 ( ) 1 1 G s s = + 2 ( ) 1 3 1 G s s = + T =1, 1 1 1 w w T b = = T = 3, 2 2 13 w w T b = = 0.1L w( ) wb2 wb1 1/ 3 3dBI I I w I I I x t i ( ) x t 0 ( ) 01 T t I I I x t i ( ) x t 0 ( ) t w w b b 1 2  所以， I的响应速度 ， 有较好的跟随性能。 单位阶跃响应 1 k T =  II的惯性 单位斜坡响应