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放大装置
输入r
e
执行装置
被控对象
输出c
测量装置
控制系统设计的目的:
是将构成控制器的元件与被控对象适当组合起来,
使之满足控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要
求。
如果通过调整放大器增益后仍不能满足设计指标,
则需要增加校正装置。
校正:在系统中加入一些其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变化,从而满足给定
的各项性能指标。
6-1系统的设计与校正问题
6-1系统的设计与校正问题
一个良好的控制系统,其相角裕度应在45度左右
开环对数幅频特性在中频区的频率应为-20dB/dec,
同时要求中频区占据一定的频率范围,以保证系统参
数变化时,相角裕度变化不大。
如果输入信号的带宽为0~M,则控制系统的带
宽频率取b=(5~10)M。
6-1系统的设计与校正问题
Gc(s)超前、滞后和滞后—超前等环节。
对象
R(s)
e
串联校正
-
C(s)
控制器
反馈校正可以削弱系统非线性特性的影响,提高响应
速度,降低对参数变化的敏感性以及抑制噪声的影响。
对象
R(s)
e
-
C(s)
控制器
反馈校正
对参数变化敏感,简单易用。
6-1系统的设计与校正问题
对象
R(s)
e
前馈校正
-
C(s)
控制器
N(s)
对象
前馈校正
C(s)
控制器
N(s)
N(s)
(1)干扰幅值大且频繁,对被控量影响剧烈;
(2)主要干扰是可测不可控的变量;
(3)对象控制通道滞后大,反馈控制不及时,控制质量差。
6-1系统的设计与校正问题
——P控制器
P控制器是一个具有可调增益的放大器。只改变信号的增益不影响其相位。
在串联校正中,加大控制器增益Kp,可提高系统的开环增益,减小系统的稳态误差。提高系统的控制精度。
但会降低系统的相对稳定性,很少单独使用。
R(s)
Kp
-
C(s)
E(s)
G(s)
6-1系统的设计与校正问题
-微分控制规律——PD控制器
PD控制器中的微分控制规律,能反映输入信号的变化趋势,产生早期修正信号,增加系统的阻尼程度,改善系统的稳定性。
在串联校正时,增加一个开环零点,使系统的相角裕度提高,改善了系统的动态性能。
R(s)
Kp(1+s)
-
C(s)
E(s)
G(s)
6-1系统的设计与校正问题
——I控制器
I控制器可以提高系统的型别,有利于系统稳态性能的提高,但积分控制使系统增加了一个原点的开环极点,使信号产生90度的相角滞后,会降低系统的相对稳定性,很少单独使用。
R(s)
Ki/S
-
C(s)
E(s)
G(s)
6-1系统的设计与校正问题
-积分控制规律——PI控制器
PI在实践工程中主要用来改善控制系统的稳态性能。
R(s)
-
C(s)
E(s)
G(s)
6-1系统的设计与校正问题
-积分-微分控制规律——PID控制器
PID既可改善控制系统的稳态性能又可改善系统的动态性能。其中I积分环节部分发生在系统频率特性的低频段,提高系统的稳态性能,D微分环节部分发生在系统频率特性的中频段,以改善系统的动态性能。
R(s)
-
C(s)
E(s)
G(s)