烟台理工学院：《自动控制原理 Automatic Control Theory》课程教学资源（课件讲稿）第六章 线性系统的校正方法

自动控制原理 第六章线性系统的校正方法 6-1系统的设计与校正问题 6-2串联校正 6-3反馈校正 E 6-4复合校正

自动控制原理 第六章 线性系统的校正方法 6-1 系统的设计与校正问题 6-2 串联校正 6-3 反馈校正 6-4 复合校正

自动控制原理 6-1系统的设计与校正问题 系统分析： ■实际系统→建模→计算→性能指标研究性能指 标与参数间的关系。 系统设计： ■被控对象，控制要求一→选择元部件一→固有系统 →校正→满足要求的系统

自动控制原理 6-1 系统的设计与校正问题 ◼ 系统分析： ◼ 实际系统→建模→计算→性能指标,研究性能指 标与参数间的关系。 ◼ 系统设计： ◼ 被控对象，控制要求→选择元部件→固有系统 →校正→满足要求的系统

自动控制原理 一、性能指标 1、【 时域性能指标：δ%、、ss。 2、频域性能指标 闭环频域指标：Mr,®.，M(O); 开环频域指标：Y,oe,Kpwa 3、频域与时域指标间的关系 一阶系统：0=74= 3

自动控制原理 一、性能指标 1、时域性能指标：%、ts、ess 。 2、频域性能指标 闭环频域指标： Mr，b ，M(0) ; 开环频域指标：  ，c ，Kp/v/a 3、频域与时域指标间的关系 一阶系统： 1 3 , b s b t T   = =

自动控制原理 二阶系统： g,6≤0.707 1 M,2 M,=f(5)→M,↑→o%个 0,=mV1-252,5≤0.707 0。=0V/1-252+V2-452+454 @,1e=f(5,0)→@，be个-→tps↓ w.=0n/V1+454-262 25 y arctan VV1+45-262 Y=f(5)→y个→σ%↓

自动控制原理 二阶系统： 2 1 , 0.707 2 1 M r    =  − 2 1 2 , 0.707     r n = −  2 2 4 1 2 2 4 4      b n = − + − + 4 2 1 4 2     c n = + − 4 2 2 arctan 1 4 2     = + − M f r =  ( )  M r →  %   =  f ( )   →  % / / / / / ( , ) r b c n r b c p s    =  f  →  t

自动控制原理 高阶系统： σ=0.16+0.4(M,-1) π2+1.5(M,-1)+2.5(M.-1)27 35°≤y≤901 0o M,≈ siny

自动控制原理 高阶系统： 2 0.16 0.4( 1) 2 1.5( 1) 2.5( 1) r r r s c M M M t     = + −     + − + −    =  （5－77） （5－78） 1 M sin r   35 90   

自动控制原理 二、带宽的确定 R(jo) 1)ω，的选择要兼顾跟 N(jo) 踪输入信号的能力和抗 干扰的能力。 0 @M 01 2)若输入信号的带宽 Φ(j0)川 为0~@，扰动信号 带宽为@1，则@u =(510)0M且使o1~ ①x置于0之外。 Wb 0,=(5~10)0M 0b生(01~0)

自动控制原理 二、带宽的确定 1）b的选择要兼顾跟 踪输入信号的能力和抗 干扰的能力。 2）若输入信号的带宽 为 0～ M，扰动信号 带宽为 1～ N，则b ＝(5~10) M，且使 1～ N 置于b之外。  0  M 1  n  b R j ( )  N j ( )  ( ) j (5 ~ 10)   b M = 1 ( ~ )    b N 

自动控制原理 三、校正方式 1、串联校正 R 串联 控制 被控 位于： 校正 器 对象 相加点之后， 放大器之前 2、反馈/并联校正 位于： R 串联 控制 被控 主反馈内部的 校正 器 对象 局部反馈通道 反馈 校正

自动控制原理 三、校正方式 1、串联校正 位于： 相加点之后， 放大器之前 被控 对象 控制 器 串联 校正 R C - 2、反馈/并联校正 位于： 主反馈内部的 局部反馈通道 被控 对象 控制 器 串联 校正 反馈 校正 R C - -

自动控制原理 3、前馈/顺馈校正：位于主反馈回路之外 R 前馈 E 控制 被控 校正 器 对象 前馈 N 校正 R E 控制 被控 器 对象 4、复合校正：前馈+反馈校正

自动控制原理 3、前馈/顺馈校正：位于主反馈回路之外 被控 对象 控制 器 前馈 校正 R C - 被控 对象 控制 器 前馈 校正 N C E E 4、复合校正：前馈+反馈校正 R −

自动控制原理 四、基本控制规律 (以串联校正方式为例) 1、比例控制规律(P控制器) Ge(s)=K。K。→e(o)↓，但稳定性↓ 2、比例微分(PD) 控制规律（主要用于提高动态 性能) m(t)=K,e(t)+K,te'(t) G(s)=K,(1+ts) 增加一个开环零点，同时了增加系统的阻尼程度，改善 系统的稳定性和动态性能。 PID:Proportion Integration Differentiation

自动控制原理 四、基本控制规律（以串联校正方式为例） 1、比例控制规律(P控制器) ( ) G s K c p = K  e() p ，但稳定性  2、比例微分（PD） 控制规律（主要用于提高动态 性能） ( ) (1 ) G s K s c p = + 增加一个开环零点，同时了增加系统的阻尼程度，改善 系统的稳定性和动态性能。 (t) (t) (t)  m K e K e p p = +  PID: Proportion Integration Differentiation

自动控制原理 例6-1：设比例-积分控制系统如图所示，分析PD控制器对 系统性能的影响。 R(s) (S K(1+) C(s) 加入前，系统 Φ(S= 稳定性： 闭环传函为 Js2+1 加入后，系统 K,(1+xs) (S)=J52+K,x5+K, 动态性： 闭环传函为 注意：微分控制D只对动态过程有影响，对稳态过程不 起作用且对噪声敏感，不宜以串联校正方式单独使用！

自动控制原理 + - R(s) C(s)  (s) K (1 s) P +  2 1 Js 例6-1：设比例－积分控制系统如图所示，分析PD控制器对 系统性能的影响。 加入前，系统 闭环传函为 加入后，系统 闭环传函为 2 1 (s) Js 1  = + 2 (1 s) (s) p p p K Js K s K   +  = + + 稳定性： 动态性： 注意：微分控制D只对动态过程有影响，对稳态过程不 起作用且对噪声敏感，不宜以串联校正方式单独使用！