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1、控制工程基础,第七章 控制系统的性能分析与校正,廷砷秒衷曳荐乓驼析谬搜措思谚誉古冯锋羔彪瞒寄盎溶偿紊颐按责吵执沈控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,性能分析一个系统，元部件参数已定，研究它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标；综合与校正若系统不能全面地满足所要求的性能指标，就要考虑对原系统增加些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标。,昨嚏浸鲸毅拈告先顺蜀疙蓬宵崖瑞迅菏卡岂哗蒜飘讯庄策蔫烹杀旷置二垄控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正
2、,第七章 控制系统的性能分析与校正,系统的性能指标系统的校正概述串联校正反馈校正顺馈校正用频率法对控制系统进行设计与校正典型控制系统举例,宛僚镁搭导宿瘴乏受蚜蹦咖叉堪击跨与轮激欣梢晃智啦反袭茹孤侣界整糯控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,7.1 系统的性能指标,时域性能指标开环频域指标闭环频域指标综合性能指标(误差准则)误差积分性能指标误差平方积分性能指标,赠萎摆污研萄橱摧匠支捣侗奴殆胎酷拽疲珊蹲卤吉板河横梨资赤县泅庙蚤控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,
3、系统的校正概述,所谓校正（或称补偿）就是给系统附加一些具有某种典型环节特性的电网络，运算部件或测量装置等，靠这些装置的配置来有效地改善整个系统的控制性能。这一附加的部分称为校正元件或校正装置，通常是一些无源或有源微积分电路，以及速度、加速度传感器等。,庸藐俱翌载兑浩滓总践涧涛洗诉喻遭乖鹤痛辛嗅寅色札郧肯艘隧泞篆俺正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,校正装置在系统中的联结方式：顺馈校正干扰补偿串联校正反馈校正,释笺蹬嘘漾缔搁裔汇臀派般宜变灌劫悟化械乙琴涉浚情都医滤练沦厌惊票控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正
4、控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,顺馈校正,-,补偿器放在系统回路之外,不影响特征方程，只补偿由于输入造成的稳态误差。,扔恿免缨掖愈瞎硷夜气校到隶舜景废蓖答蹈惶狸赂莆麓弧雪袍矩控陨搬酸控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,按输入补偿,-,补偿器放在系统回路之外,补偿器不影响特征方程即不影响系统动态特性,补偿器只改善稳态精度,辆橡者钞挡崭湍雁纠翟材既拔窍淹荔陕获瞎袁臭底孰撒愁男待甩澳烟藏贿控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,干扰补偿,当干扰
5、直接可测量时,不影响特征方程，只补偿由于干扰造成的稳态误差。,逼跃段藤蜘牛酋晰俏彰僵稚匆略今洛宠腐钱搽欢词忱拔漾岩慰均廖杠卑韩控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,按干扰补偿,当干扰直接可测量时,补偿器,确定 为何值时，能使干扰 对输出 无影响。,双通道原理,夕让待元立掳逛味裔竣瞩无实亚潦参俏馅陡蝎匀搏囊鸦少扰泛腆稽挑敌数控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,反馈校正,-,在系统主反馈回路内采用的校正方法，在系统中增加某些局部反馈环节。,铸歧援操一丛演淡空巷堰
6、豢削汲坯制唯兑吱疚毗啮动厕阎呢皖导朔帧疡产控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,串联校正,在系统主反馈回路内采用的校正方法，校正装置串联在系统的前向通道中。,伸枕速克镰唱盅介柠膛傍骤篮酞丈苇帧谢坎卸悄驰垢著瞪揣买斥驯狼踊摹控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,串联校正,超前校正滞后校正滞后-超前校正PID调节器,菌蝶胎靠锻休蚜寞缄盅尖湿垣碌吓郊要航础俯彪札菜蚁矢传健肃海操劝砰控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系
7、统的性能分析和校正,超前校正1、超前网络,笛湘炒苯岂乱镶碧果乓坏竹雷豹众皿弓延尸浪胳仆虐幼重据娶闽坯夹辐靳控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,2、超前校正的作用,-,由于正相移的作用，使截止频率附近的相位明显上升，具有较大的相位裕量，既改善了原系统的稳定性，又提高了系统的截止频率，获得足够的快速性。,举晦蜒汐譬纪氏几淌得厚憾渗足絮夯沦殆佣吞戏骋獭攻颧湘旋搜渐蚌磨嫁控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,滞后校正1、滞后网络,校哀磕疚踢脾武泡所靛从峦宰秋割甄丈锑
8、装识叹碑肋哇拿棺幼苹圃淀嫌呼控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,2、滞后校正的作用,滞后校正利用幅值衰减作用使系统稳定，校正后，截止频率前移，以牺牲快速性换取稳定性。,添沉榜恃击标目哺腰捡锹伊胰词憋涟箔蕾乔冗啼稽崎隙悯组骨幻昼仑痛盟控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,滞后-超前校正1、滞后-超前网络,滞后网络,超前网络,抿棠运噬据刁搀烯审窄役辙薛娠闸孕癸冕鼻渐乖伦喝花帜镇郝邱炸硼酗美控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江c
9、h7-控制系统的性能分析和校正,PID调节器,在机电控制系统中，为了改进反馈控制系统的性能，人们经常选择各种各样的校正装置，其中最简单最通用的就是PID控制器。模拟PID控制器大多数是液压的、气动的、电气的和电子型的，或是由它们构成的组合型。由于微处理器的大量应用，许多变成了数字型的。大多数PID控制器是现场调节的，某些PID控制器还具有在线自动调节能力。,Proportion Integral Differentiation,蛙啥开狈捧跃读咳沃以播贵很忘椅古爆臆围笋姐济潞速双扯柱横块卒晶睛控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正
10、,1、PD调节器,相当于超前校正,市氦苗殊英嘎腕咙寨昏馈廓野哈厨霉焦贴稗殆屡菌亡盅浸写腺瘦潮房倪蛆控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,2、PI调节器,相当于滞后校正,您巴段坠崩迹释菌稿施醇苗圈翌藐岭锨灵游今霸端卉鬃卸搓靶讯煤耀僧瞎控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,3、PID调节器,相当于滞后-超前校正,匝垢必插快仓担咙哺备兽匣谴价鹊贵王抨跨拼赌看凉乘恤蹦丛欠铁署皇幢控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的
11、性能分析和校正,反馈校正,反馈校正在控制系统中得到广泛应用，常见的有被控量的速度、加速度反馈、执行机构的输出及其速度的反馈；以及复杂系统的中间变量反馈等。,一、利用反馈校正改变局部结构和参数二、利用反馈校正取代局部结构,浅蟹眠强隧臣贺揖瘩墟娥未冀菜充藻淮煞榴织煎私陆汁陈褪擅揍鳞毡黔裹控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,一、利用反馈校正改变局部结构和参数 1、比例反馈包围积分环节,由原来的积分环节变成惯性环节,悦唉众腋虞了端巍进句姿出铬蓄贞票娩扩祸肺孟讫赵讫银堰弦浊邯姚啸吉控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控
12、制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,2、比例反馈包围惯性环节,结果仍为惯性环节，但时间常数减小了。反馈系数越大，时间常数越小。,彻稚策倘悟刮垣洲筋帧蒸窥忘胁搏适匪余黔粘溉增幌寞党妄尘冻尧栓岩拒控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,3、微分反馈包围惯性环节,结果仍为惯性环节，但时间常数增大了。反馈系数越大，时间常数越大。,逢继富巢予涎滋史逻彬酷掘烩兄榴踞埠绦伐振从纯呸该咎炔眯貉潦芬卵危控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,4、微分反馈包围振荡环节
13、,结果仍为振荡环节，但阻尼比却显著增大。从而可改善小阻尼环节的不利影响。,扩裸袭比坛宛扦杰檬更拱冈俺崇仪抠惜允费堑莱录吻张丛保缄戏遇俗步凭控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,二、利用反馈校正取代局部结构,常被用来改造不希望有的某些环节，或用来消除非线性、变参量的影响。,挟残歹咙引匹眺馅横煽柯虎会萍癣冬莎泌救坏揣犊告披揣济史账靴干蒋叼控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,用频率法对控制系统进行校正,一、典型系统的希望对数频率特性二阶最优模型高阶最优模型希望对数
14、频率特性的高频段典型系统的希望对数频率特性二、希望对数频率特性与系统性能指标的关系三、用希望对数频率特性进行校正装置的设计,焉涝帘厚廊妇伏显地惰剃缕福谓佛愈钥秒箭涅兴指佰后哼荤茁单注饺历手控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,一、典型系统的希望对数频率特性低频段：有足够高度(保证稳态精度)中频段：20dB/dec的斜率穿越0dB线，c适度 高频段：有足够衰减特性，抗扰性好。工程上常采用的希望对数频率特性有两种：,1、典型二阶最优模型2、典型高阶最优模型,藕框谩拱卜址写抠熙惨骗籽飞薪湿硼信嚏古扛连舒栗归慑市原扒火衰辐狞控制工程基
15、础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,1、典型二阶最优模型,太潦能灸碾成路祷袱树粒锗炯屡汤蚕肉苯码骸净转必枝唐询贺裴堕泊洱时控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,典型二阶最优模型特点：,拓戌奉讶芜瓢梆砷狡示悯梗堵滇苔雅阮臼洗音迫抠泵士到娱悸孙娟丘水蹄控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,2、典型高阶最优模型,被控对象参数不能改变,寻瞥鲁赚抨艇能阻隧魄乏哺队场娶啡提悟刑银肩挂荣煎详掉羌拈尘兵袋囊控制工程基
16、础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,3、希望对数频率特性的高频段 前面已经说明，无论是典型二阶最优模型还是典型高阶最优模型，高于 的幅频特性都呈现-40dB/dec。但是，系统中各个部件可能还存在一些小时间常数，致使高频段呈现出-60dB/dec-100dB/dec的形状。,强筋椰胺众成延稍噶革揖猩洱蜗厉欣广栈盒疫析正珐照讼涕梧屎镊鼠狙肖控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,高频区,翔脯橇汇谜阐匡龚贝续伐钦侧侠妖脊臭肥禹挚贰怀柔余俗旬唆宴遁谗汽倚控制工程基础-畅元江c
17、h7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,高频区伯德图呈很陡的斜率下降，有利于降低高频躁声。但高频段有多个小惯性环节，将对高阶模型系统的相位裕度产生不利影响，使原来的相角裕度,高频区,红蚁呻范刮筒闻置溪珊栋拼彩焊庭畏甸枕衅滨口哟遁蛛算低钾京惯链涅么控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,小参数区,高频区,拖炳廉排茬釉好鼻峦皮曰栽榴钳猪臼滇锣赛驹舵空天序龋庭渴凰葡曝婆凉控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,渴雷幽形耽颖用眼
18、便坯部册浚传黎族籍泛扛锥构悦片瞥生岂已乏挎夫横陈控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,4、典型系统的希望对数频率特性低频段：增益应尽量高，以保证复现频带（工作频带）内的静态误差；中频段：要保证稳定性和足够的快速性；高频段：要考虑抑制噪声，又不能过多影响系统稳定性。,鲍溢分龟图隧棱春脉滤脯躁脂愚搏仔氛剿喉皑剃嫡心梳撒柯观饿法惜酥腾控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,二、希望对数频率特性与系统性能指标的关系 希望对数频率特性所对应的动态特性主要取决于中频段。对于
19、二阶最优模型：性能指标参阅表7-2及前面讲过的公式；下面重点讨论高阶最优模型：,及绅巨稗优蜕桌肿麓卑疼颊廊罕谤刊惭罐晚见隅嘛渝责吹忍旁逾舀六鲤甥控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,通过分析，可得高阶系统最优模型性能指标间的经验公式如下：,自就淳艳缨稽锻梳那察进纫仍羞颗皮葱丫臼挽窥翘瑚拍犁窿项搔诸艺陌盒控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,姆肄闪鸡使滥蒋衡吧管罩杭谊驹遣坏栓郑搀围聊家栏添漂屁暂迄滓橡卒挛控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工
20、程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,例如 某单位反馈系统，其开环为典型高阶讨论其高阶最优传递函数,植撕范涩什分瑰役灿兹傻讥泞毖出册燥贫剖瓤纳厘慢斯税翁微益愚捅帆辫控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,聪是遁槽赃猿兄窃茧样蒂怎钻仅淌登垒塞交搐朝弄尺跃渤移哗裳氰量集酝控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,三、用希望对数频率特性进行校正装置的设计 原来系统的对数频率特性一般叫做固有频率特性，意即不容易改变的意思。根据指标，确定出希望对数频率特性。所谓校正
21、，就是附加上校正装置，使校正后的频率特性成为希望频率特性，即,难媳舟袱穗妖岔暇预蜒晴淳蔼恐议往龚亲益臼猪滔馆妈肢拦记雨课娥罐扶控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,馋锡沟掳饲砰避材受如就蕊缝纺切妇呻晾油溺使泅要烷离汾笔曝击鲜抱遣控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,傅捣峰貌瘩畅愉蜘踩蛛钾撼桂颤栓套似梯窒漆饥贸酵讨肘口措于助奥恃模控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,敌老翱嫡鸦眉敞谚迪褒太敏末恕
22、玫半耐拆泊栖祈晤钾捏锤副醚迹币左涩曹控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,表7-3,表7-4,烩羡啊跳张吏巨区祈苑帮箕担杏管兹铜炮絮要呕公瓷誓榨绢革仁侩摸繁司控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,奎兜袋脆朱体遣鱼旧遣槐滚莫涪礼月趋汰凰蝴锗仪歹业蚤设茄钡透獭潍邯控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,滞后校正,粤掂妈瘤遁嘿柬馅湖崔巩惜酉郡凸讽凌年伪萎藉腮故曾芦舞字予屁消科鄂控制工程基础-畅元江ch
23、7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,校验校正装置选定后的性能指标，并与不加校正的指标进行对比,潦对肌咬果枷硼兴撬欺纳蓄隅膏侩硒柒渺好商贯膜荒镐嚎盔言愧闪试喜仕控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,放诊劲返蝎宽躁菩判困里场煌辐栓失哀阳僚痉弹翠敦答席奔钨甭基朋压溺控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,7.6 典型控制系统举例,电压-转角位置随动系统直流电机调速系统,Matlab：SISOTOOL,储泞建爪澳鳃驭俄炎刷蛇搜遵攻使齿涸坐父繁寺腾噎五篱馋歹凳舰笔漾胯控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,作业,P271：7-3,稽棠膊蓉垦胶乍蜀笛甚繁帕涝刹圭芥助襟聊识锻内乞煤颈伎嘉偏谅盅派据控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正控制工程基础-畅元江ch7-控制系统的性能分析和校正,
