自動控制理論(華北電力保定研究生初試)單元總結(jié)6課件

單元總結(jié)

六

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造

基本概念

根軌跡校正法

頻域校正法

典型習(xí)題歸類

習(xí)題講解與練習(xí)基本概念

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路

串聯(lián)校正的基本思想

校正裝置的數(shù)學(xué)模型及特性分析

控制系統(tǒng)根軌跡法設(shè)計(jì)與校正的基本思路

控制系統(tǒng)頻域法設(shè)計(jì)與校正基本思路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路

控制方案單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)串級雙回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)前饋加反饋復(fù)合控制系統(tǒng)

特性分析及適用情況

結(jié)構(gòu)簡單，適合對象結(jié)構(gòu)簡單的一般控制系統(tǒng)。當(dāng)被控對象階次較高、延遲和慣性較大、單回路控制方案難以保證控制水平時，通常采用串級雙回路控制方案，一般可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性并加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度。當(dāng)控制系統(tǒng)存在強(qiáng)確定干擾信號時，在反饋控制系統(tǒng)中增加擾動前饋，從而提高系統(tǒng)抗干擾的能力。當(dāng)控制系統(tǒng)測量值跟蹤給定值的能力較弱時，可以通過增加給定前饋來提高這一性能，其中包括改善動態(tài)和靜態(tài)性能，前饋?zhàn)饔玫慕槿氩挥绊懴到y(tǒng)的穩(wěn)定性。串聯(lián)校正的基本思想結(jié)構(gòu)：串聯(lián)校正即為單回路負(fù)反饋結(jié)構(gòu)形式（固化部分），校正裝置與受控對象串聯(lián)形成負(fù)反饋控制系統(tǒng)，如圖所示。校正機(jī)理：基于受控對象的數(shù)學(xué)模型，選擇校正裝置的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)取值，使控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。特點(diǎn)：滿足性能指標(biāo)要求的校正裝置是非唯一的。故選擇校正裝置時，即要考慮到計(jì)算過程簡單，又要考慮到便于工程實(shí)現(xiàn)。選擇開環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)閉環(huán)系統(tǒng)性能?。⌒Ｕb置的數(shù)學(xué)模型及特性分析校正裝置的數(shù)學(xué)模型時域校正模型（增加開環(huán)零極點(diǎn)）

動態(tài)校正裝置靜態(tài)校正裝置頻域校正模型

（增加開環(huán)超前或滯后網(wǎng)絡(luò)）動靜態(tài)超前校正裝置靜靜滯后態(tài)校正裝置、校正裝置的物理實(shí)現(xiàn)無源網(wǎng)絡(luò)、有源、工業(yè)用PID調(diào)節(jié)器、計(jì)算機(jī)等。靜態(tài)部分動態(tài)部分控制系統(tǒng)根軌跡法設(shè)計(jì)與校正的基本思路選擇校正裝置。繪制。確定系統(tǒng)的希望主導(dǎo)極點(diǎn)是否在根軌跡上，若已經(jīng)在根軌跡上，則確定該點(diǎn)處根軌跡的增益，并由此確定校正裝置的KC值.若希望主導(dǎo)極點(diǎn)不在根軌跡上且位于根軌跡的左側(cè)，則需要增加動態(tài)校正網(wǎng)絡(luò)加以校正。校正作用的效果是使根軌跡向左側(cè)靠近實(shí)軸的方向移動,從而提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。定量確定動態(tài)校正裝置的參數(shù)，包括零點(diǎn)、極點(diǎn)和KC的取值。由于滿足指標(biāo)要求的校正裝置其形式是非唯一的，所以校正方法存在多種。定量確定零極點(diǎn)坐標(biāo)，依據(jù)—相位條件。定量確定KC的取值，依據(jù)—幅值條件?；谛Ｕ蟮拈_環(huán)傳遞函數(shù)檢驗(yàn)校正結(jié)果。增加靠近原點(diǎn)處的耦極子（靜態(tài)校正裝置），可以在不改變動態(tài)性能的前提下提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，從而達(dá)到減小系統(tǒng)靜態(tài)誤差的目的?？刂葡到y(tǒng)頻域法設(shè)計(jì)與校正的基本思路根據(jù)受控對象，確定滿足靜態(tài)指標(biāo)要求的的取值。繪制的BODE曲線。計(jì)算性能指標(biāo)，檢驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)要求。若剪切頻率和相角裕量均不滿足，增加超前網(wǎng)絡(luò)，以求得中頻段后移且折線負(fù)斜率的模變小，從而使剪切頻率和相角裕量均增大。若剪切頻率足夠大，或系統(tǒng)設(shè)計(jì)對此沒有具體要求，而相角裕量不足，則增加滯后網(wǎng)絡(luò)，以求得中頻段前移且折線負(fù)斜率的模變小，通過犧牲剪切頻率換取相角裕量均增大。校正裝置動態(tài)部分的參數(shù)取值是非唯一的，同樣，要考慮到計(jì)算過程的簡單和裝置的工程適用性。依據(jù)希望性能指標(biāo)和幅頻、相頻特性確定校正裝置動態(tài)部分的參數(shù)和T的取值。根軌跡校正法動態(tài)校正步驟單零點(diǎn)動態(tài)校正零極點(diǎn)動態(tài)校正靜態(tài)校正步驟單零點(diǎn)動態(tài)校正步驟取比例裝置，繪根軌跡，確認(rèn)主導(dǎo)極點(diǎn)在根軌跡左側(cè)，需要進(jìn)行動態(tài)校正。選擇單零點(diǎn)校正裝置；單零點(diǎn)校正參數(shù)確定方法之一：由設(shè)計(jì)指標(biāo)得主導(dǎo)極點(diǎn)位置。令希望特征方程=加入校正后的特征方程，由此直接獲得校正裝置中參數(shù)的取值。之二：由相角條件計(jì)算裝置角增量：從主導(dǎo)極點(diǎn)S1引射線與實(shí)軸相交，取交角等于計(jì)算的角增量；

與實(shí)軸交點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)值為校正裝置的零點(diǎn)坐標(biāo)（以直角三角形關(guān)系求得）；主導(dǎo)極點(diǎn)代入幅值條件，計(jì)算中的參數(shù)。零極點(diǎn)動態(tài)校正步驟取比例裝置，繪根軌跡，確認(rèn)主導(dǎo)極點(diǎn)在根軌跡左側(cè)，需要進(jìn)行動態(tài)校正。選擇零極點(diǎn)校正裝置；零極點(diǎn)校正參數(shù)確定方法由相角條件計(jì)算裝置角增量：根據(jù)主導(dǎo)極點(diǎn)S1位置引三條射線，采用角平分線法，幾何確定零極點(diǎn)位置；基于三角形的正弦定理計(jì)算零極點(diǎn)坐標(biāo)取值；將主導(dǎo)極點(diǎn)代入幅值條件，計(jì)算校正裝置中的參數(shù)。頻域校正法動靜態(tài)超前校正步驟動靜態(tài)滯后校正步驟兩種校正方法的靜態(tài)性能校正步驟相同。均由靜態(tài)指標(biāo)和受控對象傳遞函數(shù)確定系統(tǒng)型別,從而確定校正裝置a及中kC的取值。在完成靜態(tài)校正后進(jìn)行動態(tài)校正。動態(tài)超前校正步驟計(jì)算滿足靜態(tài)指標(biāo)后的開環(huán)傳遞函數(shù)具有的動態(tài)性能—剪切頻率和相角裕量，若均不足要求，選擇超前網(wǎng)絡(luò)．計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償角：計(jì)算校正裝置的參數(shù)α：計(jì)算校正后的穿越頻率：，最大超前角在校正后的穿越頻率處計(jì)算校正裝置的時間常數(shù)T：獲得超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為動態(tài)性能校驗(yàn)：由計(jì)算校正后的系統(tǒng)性能指標(biāo)，若不足，則適當(dāng)增大超前角，重復(fù)上述計(jì)算過程。動態(tài)滯后校正步驟計(jì)算原系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)：剪切頻率和相角裕量。且相交裕量不足設(shè)計(jì)要求，剪切頻率較大，或無具體要求。根據(jù)滿足靜態(tài)指標(biāo)的傳遞函數(shù)和相位條件尋找頻率滿足相角裕量要求的頻率取值（定義為校正后的剪切頻率）：計(jì)算校正裝置參數(shù)α：計(jì)算校正裝置的時間常數(shù)T：為使滯后校正網(wǎng)絡(luò)在穿越頻率處，相位滯后足夠的小，?。?。獲得滯后校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為：動態(tài)性能校驗(yàn)。典型習(xí)題歸類校正裝置結(jié)構(gòu)特性分析前饋、局部反饋設(shè)計(jì)方案的作用分析根軌跡法動態(tài)校正動靜態(tài)頻域校正在BODE曲線上定性分析系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)及抗高頻干擾信號的能力習(xí)題講解與練習(xí)建立圖示動態(tài)校正裝置的傳遞函數(shù)，并確定裝置的名稱。已知被控對象的傳