文档介绍：第六章系统的性能指标与校正
本章主要教学内容
系统性能指标及其校正
串联校正
顺馈校正
反馈校正
节为本章难点和重点
1
系统性能指标及其校正
本节教学内容
控制系统设计概述
控制系统性能指标
校正的主要类型
本节教学要求
系统性能的方法
各类校正方法
标类型及其特点
2
系统的性能指标
闭环控制系统的组成——由被控对象,执行元件,测量元件,给定、比较元件和放大、控制元件组成。
系统设计概述
在闭环控制系统中,通常只有放大、控制元件是可以调整的,因此可以通过调整放大、控制元件的结构参数来改善系统的性能。
执行
元件
执行控制信号,实现对被控对象的调节,如伺服电动机、伺服作动器等。
测量
元件
用于检测系统输出,产生反馈信号,表现为各类形式的传感器。
给定比
较元件
产生指令信号,并与反馈信号比较产生偏差信号。如电位计、运算放大器等等。
放大控
制元件
对偏差信号进行运算,产生控制信号,如电压、电流放大器,功率放大器等。
3
系统的性能指标
系统设计概述
改变系统性能最简单的方法是调整增益。
但在大多数情况下,只调整增益不能使系统的性能得到充分的改变,以满足给定的性能指标.
L()
()
0
0
180º
1
=0
G(s)
G(s)/K
c1
c
降低增益——
相角裕量增加
稳态误差增加
4
系统的性能指标
系统设计概述
控制系统的设计任务:根据被控对象的性质及其对控制的要求,选择适当的控制方法及控制规律,设计一个满足给定性能指标的控制系统。
要使系统性能得到全面改善,应当对系统进行校正。
减小增益
原系统
校正后的系统
校正(补偿) ——通过改变系统结构,或在系统中增加附加装置或元件对已有的系统(固有部分)进行再设计使之满足性能要求。
控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置。
5
系统的性能指标
时域性能指标
控制系统性能指标
延迟时间td
上升时间tr
峰值时间tp
最大超调量Mp
调整时间ts
指系统在单位阶跃输入下,其动态响应的一些特征参数,它包括五个指标:
瞬态
性能
指标
稳态
性能
指标
指系统的稳态误差,它是指过渡过程结束后,希望输出量与实际输出量之间的差值,其与系统型次、开环增益和信号类型有关,下图为同一系统的阶跃和斜坡响应。
指令信号
系统输出
6
系统的性能指标
控制系统性能指标
频域性能指标——衡量系统的频率响应质量,即系统在正弦输入信号作用下,其输出的幅值和相位与输入信号频率的关系特性。
开环幅值穿越频率c
相位裕度
幅值裕度 Kg
开环
频域
指标
系统开环穿越频率c可近似为系统的闭环频宽,是系统响应快速性的指标;而、 Kg 则是系统响应平稳性的指标。
闭环
频域
指标
谐振频率r 及谐振峰值Mr
复现频率m 及复现带宽0 m
截止频率b 及带宽0 b
谐振峰值Mr是系统响应平稳性的量度; m 、b是响应快速性的指标。
7
系统的性能指标
综合性能指标——通常是以误差的积分或求和的形式给出,是系统性能的综合测度(如动、静态误差)。通过使系统性能指标最小,可获得在一定条件下的最优或近似最优控制系统。
误差平方积分性能指标
允许系统有超调(不会出现误差的正负抵消).
,但易产生振荡.
可通过对I求某个参数的导数,取得该参数的最优值.
广义误差平方积分性能指标
式中a为给定的加权系数,反映了对误差变化速率的重视程度;
该指标使误差e(t)及其变化率都较小,使过渡过程快速、平稳结束;
可通过对I求某个参数的导数,求取该参数的最优值.
误差积分性能指标
在无超调的情况下,误差e(t)=xor(t)-xo(t)是单调的,该指标的目的是使过渡过程时间尽可能短。
8
系统的性能指标
例设一阶系统时间常数为T,其单位阶跃响应为
求使最小的T值(值给定)。
控制系统性能指标
9
系统的性能指标
校正的主要类型
校正装置串联在控制系统的前向通道上,,容易对信号进行各种必要的变换,但需注意负载效应的影响.
串联校正
校正方式取决于——系统中信号的性质;技术方便程度;可供选择的元件