自动控制理论第二十五讲.ppt

第二十五讲 反馈校正的设计
主要内容
第五节 串联校正的设计
三、串联相位滞后—超前校正
第六节 反馈校正的设计
一、反馈校正与串联校正的比较
二、反馈校正的综合
第七节 反馈和前馈复合控制
补充：控制器及其参数调整
第化较快时，会使系统经常处
于具有较大误差的状态。
为了减小或消除系统在特定输入作用下的稳态误差，可
提高系统开环增益或型次。
这两种方法均会影响系统的稳定性。
通过适当选择系统带宽可以抑制高频扰动
但对低频扰动无能为力。特别是存在低频强扰动时，一
般的反馈控制校正方法很难满足系统高性能的要求。
解决办法：引入误差补偿通路，与原来的反馈控制一起进行复合控制。
复合控制：
通过在系统中引入输入或扰动作用的开环误差补偿通路（顺馈或前馈通路），与原来的反馈控制回路一起实现系统的高精度控制。
按输入(顺馈)补偿的复合校正
系统的偏差传递函数为：
若选择：
即误差完全通过顺馈通路得到补偿，系统既没有动态误差也没有稳态误差，在任何时刻都可以实现输出立即复现输入，系统具有理想的时间响应特性。
无顺馈补偿时
顺馈补偿后：
顺馈补偿不改变系统的闭环特征多项式，即顺馈补偿不改变系统的稳定性
顺馈补偿采用了开环控制方式补偿输入作用下的输出误差
解决了一般反馈控制系统在提高控制精度与保证系统稳定性之间存在的矛盾。
按扰动(前馈)补偿的复合校正
若扰动信号可量测，则可采用前馈补偿。
扰动作用下的闭环传递函数为
扰动作用下的误差为
扰动前馈也不改变系统闭环特征方程，即对系统稳定性无影响。
主要扰动引起的误差，由前馈通道进行全部或部分补偿。
次要扰动引起的误差由反馈控制予以抑制。
控制系统
具有25%超调量的单位阶跃响应曲线
补充：控制器及其参数调整
受控对象的单位阶跃响应
S形响应曲线
齐格勒—尼科尔斯方法一
表一 Z-N 第一法
齐格勒—尼科尔斯方法二
令Ti=∞，Td=0
具有比例控制器的闭环系统
具有周期Tc的持续振荡
表二 Z-N 第二法
具有PID控制器的控制系统
【实验四分析示例】
试用Z-N法则确定Kp、Ti和Td
具有PID控制器的控制系统
可以调整比例系数和零点位置进一步改善性能
GC(s）所示系统的单位阶跃响应曲线
Gc2（s）所示系统的单位阶跃响应曲线
第八节 MATLAB在线性系统校正中的应用
用MATLAB分析PID校正系统
PID控制器的传递函数
例: 单位反馈系统被控对象的传递函数为
PID调节器的传递函数
比较校正前后系统的频率特性和单位阶跃响应
1、绘制未校正系统的伯德图
num1=35
den1=[ 1 0]
[mag1,phase1,w]=bode(num1,den1)
margin(mag3,phase3,w)
2、分析校正后的频率特性
num3=[7 105 350]
den3=[ 1 0 0]
[mag3,phase3,w]=bode(num3,den3)
margin(mag3,phase3,w)
3、求校正前后的单位阶跃响应
t=[0: : 5]
[numc1,denc1]=cloop(num1,den1)
y1=step(numc1,denc1,t)
[numc3,denc3]=cloop(num3,den3)
y3=step(numc3,denc3,t)
plot(t,[y1,y3]);grid
小　　　　　　结
１、基本控制规律：比例（Ｐ）、微分（Ｉ）、积分（Ｄ）
２、设计校正装置的基本任务
　　　　选择合适的控制规律，确定校正装置的结构和参数
３、校正的基本结构
串联、并联和复合控制
4、常用的校正装置及其特点和作用
超前校正（PD）、滞后校正（PI)、滞后—超前校正（PID）
5、设计校正装置的基本方法
　　频率特性设计方法(超前、滞后、滞后—超前校正设计）　　
５、串联校正和反馈校正的特点
６、ＭＡＴＬＡＢ在ＰＩＤ控制器设计中的应用
作业
6—10 （滞后—超前校正）
某高炮电气－液压跟踪系统为一个二阶无差系统，其原理方块图如图所示。试设计一反馈校正装置，并使系统满足下列品质指标：
（1）系统在最大跟踪速度 及最大跟踪加速度 时系统的最大误差 ；
（2） 在单位阶跃信号作用下，系统的瞬态响应时间
超调量 ；
反馈校正设计举例
当 时，