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机械控制

机械控制理论-(6)系统的校正方法

时间:2017-09-26 08:41:50   作者:   来源:   阅读:16   评论:0
第六章 系统的校正方法

    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。

    工程实践中常用的校正方法,串联校正、反馈校正和复合校正。

6-1 系统校正的一般概念

    对于控制系统,系统的性能是有一定要求的。当通过调整系统的增益仍然不能全面满足设计要求的性能指标时,就要在系统中增加一些元件和装置,以使系统达到所要求的性能指标。进行控制系统的校正设计,不仅要了解不可变部分的结构和参数,还要了解系统提出的全部性能指标。

一、性能指标

    在控制系统设计中,常采用频率特性法,且是较为方便通用的开环频率特性法。如果频域指标是闭环的,可以大致换算成开环频域指标进行校正,然后对校正后的系统,分析计算它的闭环频域指标以作验算。如果系统提出的是时域指标,也可利用它和频域指标的近似关系,先用频域法校正,再进行验算。

1、二阶系统频域指标与时域指标的关系

谐振峰值机械控制理论-(6)系统的校正方法

谐振频率机械控制理论-(6)系统的校正方法

带宽频率机械控制理论-(6)系统的校正方法

截止频率机械控制理论-(6)系统的校正方法

相位裕量 机械控制理论-(6)系统的校正方法

超调量 机械控制理论-(6)系统的校正方法

调节时间机械控制理论-(6)系统的校正方法 机械控制理论-(6)系统的校正方法

2、高阶系统频域指标与时域指标

谐振峰值机械控制理论-(6)系统的校正方法

超调量机械控制理论-(6)系统的校正方法

调节时间机械控制理论-(6)系统的校正方法

其中,机械控制理论-(6)系统的校正方法

二、系统带宽的选择

    带宽频率是一项重要指标。既能以所需精度跟踪输入信号,又能拟制噪声扰动信号。在控制系统实际运行中,输入信号一般是低频信号,而噪声信号是高频信号。

如果输入信号的带宽为机械控制理论-(6)系统的校正方法

则    机械控制理论-(6)系统的校正方法

机械控制理论-(6)系统的校正方法

三、校正方式

    按照校正装置在系统中的连接方式,控制系统的校正方式有四种,即串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正

串联校正:一般接在系统误差测量点之后和放大器之前,串联接于系统前向通道之中。

反馈校正:接在系统局部反馈通路中

前馈校正:又称顺馈校正。是在系统主反馈回路之外采用的校正方式,接在系统给定值之后,主反馈作用点之前的前向通道上。另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间,对扰动信号进行直接或间接测量,经变换后接入系统,形成一条附加的对扰动进行补偿的通道。

复合校正:在反馈控制回路中,加入前馈校正通路,组成有机整体。机械控制理论-(6)系统的校正方法

四、基本控制规律

1、比例(P)控制规律

机械控制理论-(6)系统的校正方法

    提高系统开环增益,减小系统稳态误差,但会降低系统的相对稳定性。

机械控制理论-(6)系统的校正方法 机械控制理论-(6)系统的校正方法

(a)P控制器               (b)PD控制器

2、比例-微分(PD)控制规律

机械控制理论-(6)系统的校正方法

    PD控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化趋势,产生有效的早期修正信号,以增加系统的阻尼程度,从而改善系统的稳定性。在串联校正时,可使系统增加一个机械控制理论-(6)系统的校正方法的开环零点,使系统的相角裕度提高,因此有助于系统动态性能的改善。

    单独用微分也很少,对噪声敏感。

3、积分(I)控制规律

    具有积分(I)控制规律的控制器,称为I控制器。

机械控制理论-(6)系统的校正方法

    输出信号机械控制理论-(6)系统的校正方法与其输入信号的积分成比例。机械控制理论-(6)系统的校正方法为可调比例系数。当机械控制理论-(6)系统的校正方法消失后,输出信号机械控制理论-(6)系统的校正方法有可能是一个不为零的常量。在串联校正中,采用I控制器可以提高系统的型别(无差度),有利提高系统稳态性能,但积分控制增加了一个位于原点的开环极点,使信号产生机械控制理论-(6)系统的校正方法的相角滞后,于系统的稳定不利。不宜采用单一的I控制器。

4、比例-积分(PI)控制规律

    具有积分比例-积分控制规律的控制器,称为PI控制器。

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积分控制器I和PI控制器

机械控制理论-(6)系统的校正方法

输出信号机械控制理论-(6)系统的校正方法同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。机械控制理论-(6)系统的校正方法为可调比例系数, 机械控制理论-(6)系统的校正方法为可调积分时间系数。

    开环极点,提高型别,减小稳态误差。

    右半平面的开环零点,提高系统的阻尼程度,缓和PI极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数机械控制理论-(6)系统的校正方法足够大,PI控制器对系统的不利影响可大为减小。PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。

5、比例(PID)控制规律

机械控制理论-(6)系统的校正方法

    PID控制器具有积分比例-积分控制规律的控制器,称为PI控制器。

机械控制理论-(6)系统的校正方法

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机械控制理论-(6)系统的校正方法   如果机械控制理论-(6)系统的校正方法

增加一个极点,提高型别,稳态性能

两个负实零点,动态性能比PI更具优越性

I积分发生在低频段,稳态性能(提高)

D微分发生在高频段,动态性能(改善)。


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