自动控制原理胡寿松第六章PID

第六章控制系统的校正§6—4反馈校正§6—1系统校正的基本概念§6—2常用校正装置及其特性§6—3串联校正§6—5复合控制主要内容•1、校正的概念及类型•2、常用校正装置及其特性•3、串联综合校正—超前、滞后、滞后—超前、希望特性法•4、并联综合校正•5、复合控制校正重点与难点•1、常用校正装置及其特性•2、串联综合校正—超前、滞后、滞后—超前、希望特性法•3、并联综合校正难点校正方法与步骤重点本章引言设计控制系统时首先根据实际生产的要求选择受控对象，如温控系统选温箱，调速系统选电机等等；然后确定控制器，完成测量，放大，比较，执行等任务。但实际生产会对系统各方面的性能提出要求：时域—等，频域—等。当把受控对象和控制器组合起来以后，除了K可作适当调整外，其它都有自身的静、动态特性——称为不可变部分；设计的第三步是确定控制方式——开环、apvsKKKt,,,%，gcbrKMM,,,,,0闭环、复合控制等；第四步是分析系统性能——时域、复域、频域均可，若满足要求，皆大欢喜，但概率很小，一般不满足要求，这时可在允许范围内调整K，K增大ess减小，但稳定性降低，若仍不满足要求，只能设法改进。如：按ess设计的K可能使，不稳，若，但ess增大又不满足。所以K不能减小，只能引入附加装置——校正装置。本章引言（续）0K§6—1系统校正的基本概念一、定义：给系统附加一些具有某些典型环节的电网络，模拟运算部件及测量元件等，靠他们的配置有效的改进系统性能，称为系统校正。二、类型：1、串联校正：一般接在系统测量点之后和放大器之前，串接于系统前向通道之中。2、反馈校正：一般接于系统局部反馈通道中。3、复合控制：在第三章减小ess的措施中已经讨论过，有按给定补偿和扰动补偿两种方式。§6—1系统校正的基本概念串联校正控制器对象反馈校正校正类型（续）三、校正中使用的性能指标：1、二阶系统频域指标与时域指标的关系：707.001212rM707.0021nr§6—1系统校正的基本概念2412412tg24221442nb24241nc§6—1系统校正的基本概念2412412tg性能指标（续）tgttscns84，§6—1系统校正的基本概念%100%21e2、高阶系统频域指标与时域指标的关系：sin1rM性能指标（续）8.11%10014.016.0%rrMM8.1115.215.122rrrMMMk其中，,cskt§6—1系统校正的基本概念性能指标（续）四、基本控制规律：一般采用比例、微分、积分等基本控制规律或采用这些基本控制规律的某些组合，如PD、PI、PID等，利用它们相位超前或滞后、幅值增加等作用以实现对被控对象的有效控制。6—2常用校正装置及其特性一、无源校正网络㈠超前网络（微分性质）1112212CsRRRRZZZsGc11112121212212112CsRRRRCsRRRRRRCsRRCsRRcUrUC2R1R1Z221111RZCsRRZjzp0pszsTsTsTsTssGc1111则111TpTz且§6—2常用校正装置及其特性CRTRRR12121设超前网络（续）1.幅相特性：001，：ATtgTtgTTjGc11222221100000，）（：A§6—2常用校正装置及其特性10.20.5j0α=0.2α=0.5L02020T2.01T5.01T15.05.02.02.0mm001462.对数频率特性：§6—2常用校正装置及其特性特点:222221lg201lg20lg20TTLcTT1121TtgTtgc1转折00，相位超前，故称超前校正装置§6—2常用校正装置及其特性m2111tgTmm，由可求得时的0dd超前网络（续）实际上122111TTTm1,112112TTTTm即。的几何中点和在可见：)(21m§6—2常用校正装置及其特性21mtg111sin2mmmtgtgmmmmsin1sin11,sin1sin1则有超前网络（续）.m可见：log101lg20lg20mcL且§6—2常用校正装置及其特性3、实用方式：111)(TsTssGc0lg20L低频段出现低频下降，串入系统会使K减小，ess增加。实用中可让放大器的放大系数增加超前网络（续）1111TsTssGc倍，则会得到补偿。即§6—2常用校正装置及其特性T1T1T10dbL1log201log10超前网络（续）㈡滞后网络（积分性质）：CsRZRZ12211，CsRRCsRZZZsGc1121221211212CsRRCsR12212RRRCRT，令1R2RCcUrUZ2§6—2常用校正装置及其特性pszsTsTssGc111则TpTz11且jzp01、幅相特性TtgTtgTTjGc112222211000,1,00,10,0AA§6—2常用校正装置及其特性特性曲线见下页滞后网络（续）2.015.01j10滞后网络（续）2、对数频率特性：222221lg201lg20TTL.11TtgTtgTT1121转折：特点：00，相位滞后，故称为滞后校正装置。§6—2常用校正装置及其特性mm,仍按照超前网络中公式计算，1只将换为即可。0614mm5522LdbT1T5.01T2.010020§6—2常用校正装置及其特性滞后网络（续）3.实用形式：滞后网络不衰减，可直接使用。它是一个低通滤波器，而超前网络是一个高通滤波器。㈢滞后—超前网络（积分—微分性质）：§6—2常用校正装置及其特性2C1C1R2RrUcU111212211222112211sCRCRCRsCRCRsCRsCR,,,2112222111CRTCRTCRT设§6—2常用校正装置及其特性11111sCRRZsCsCRZ22221212ZZZsGc211221TTTTT及滞后—超前网络（续）j011T11T21T2T1z2z2p1p111112121sTsTsTsTsG则212122111111pspszszssTsTsTsTsGc即§6—2常用校正装置及其特性若设,21TT2211TTTT2211pzzp即则滞后—超前网络（续）1、幅相特性：21211111222222221222121111TtgTtgTtgTtgTTTTjGc§6—2常用校正装置及其特性10j01000100，：A001，：A12221121'1,1TTTTATT此时2'11'112'121'1111TtgtgtgtgTtgTtgtgtg，011212121'1212'12'11'1190111，。tgTTTTTTTTTTtg且同样02290tg0002109090故§6—2常用校正装置及其特性滞后—超前网络（续）2、对数频率特性：2222222212221211lg2011lg20lg20TTTTjGLc24231211111TTTT转折：§6—2常用校正装置及其特性2211111TtgTtgTtgTtg211TT2m1m00Ldb1234'12020§6—2常用校正装置及其特性滞后—超前网络（续）★特点：此网络无衰减，两边对称，直接使用即可。3、实用形式：§6—2常用校正装置及其特性相差足够大（如几十倍以上），则可利用滞后网络和超前网络的计算公式计算时，'100'1而0后11T21T相位超前，故称滞后—超前网络。当和相位滞后，。和21mm2、D调节器：sTRCsGdc3、I调节器：sTRCsGic11二、有源校正网络：1、P调节器：12RRKGpc§6—2常用校正装置及其特性4、PD调节器：sKGpc1CRRRRRRRKp3232132,其中6、PID调节器：TssTsKGpc117、惯性环节：TsKGpc1其中CRTRRKp212,CRCRTRRKp12212，，其中§6—2常用校正装置及其特性5、PI调节器：ssKGpc1CRRRKp212，其中有源校正网络（续）§6—3串联校正将时域指标转化为频域指标后：稳定性为gL，常采用超前、滞后、滞后—超前三种方式。暂态性能为rrbcM,,,；稳态性能为K。串联校正中一、超前校正：已考虑了低频衰减，则有111TsTsGc1、实质：利用超前校正装置的相位超前特性增大系统的相角裕量，以改善系统的暂态性能。因此应将超前校正网络的处于校正后系统的处。m'c2、作用：1）使sbct2）'%0cmc，，3）对提高稳态精度作用不大，抗高频干扰能力降低。§6—3串联校正4）适于ess已满足，噪音信号很小，但不够的系统。st，%3、步骤：1）根据ess确定K；2）根据K、υ绘制原系统的、L，确定未校正系统的；00,gL校正装置校正后系统校正前系统Ldb)(00900'm-40-40-20-20+2012cm'c'ca)若对已有要求，则可查到'cL；取'cm使1lg10mcL'cL与之和为0，即可求得。'cb)若对未提出要求，则由0m（裕量105），求得m。则有mmsin1sin1L在上查出其幅值为1lg10，所对应的就是'c，且。'cm§6—3串联校正'c:3）确定和4）,11121TTTm，，,'1cm'2cm111121TsTssssGc§6—3串联校正5）画''、、、ccLL曲线。6）检验指标，若不满足再重选一次m。'c和7）确定电路参数（R、C等）。例1、若1ssKsG，要求在ttr下,45,1.00ssedbLg10，求sGc。§6—3串联校正)1(ssKR(s)C(s))s(Gc-)s(Go为系统已有部分为待设计的校正装置(s)(s)ocGG解：1）101.0Kess10K取，画00,L曲线，则有：16.3,,456.17000cgL2）00000356.76