《清华控制工程基础7学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华控制工程基础7学习教案.pptx（114页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1清华清华(qnhu)控制工程基础控制工程基础7第一页，共114页。2023/2/7 第七章第七章第七章第七章 控制系统的性能分析与校正控制系统的性能分析与校正控制系统的性能分析与校正控制系统的性能分析与校正(jiozhng)(jiozhng)7.17.1系统的性能指标系统的性能指标系统的性能指标系统的性能指标7.27.2系统的校正系统的校正系统的校正系统的校正(jiozhng)(jiozhng)概述概述概述概述7.37.3串联校正串联校正串联校正串联校正(jiozhng)(jiozhng)7.47.4反馈校正反馈校正反馈校正反馈校正(jiozhng)(jiozhng)7.57.5用频域
2、法对控制系统进行设计与校正用频域法对控制系统进行设计与校正用频域法对控制系统进行设计与校正用频域法对控制系统进行设计与校正(jiozhng)(jiozhng)7.67.6典型机电反馈控制系统综合校正典型机电反馈控制系统综合校正典型机电反馈控制系统综合校正典型机电反馈控制系统综合校正(jiozhng)(jiozhng)举例举例举例举例7.77.7确定确定确定确定PIDPID参数的其它方法参数的其它方法参数的其它方法参数的其它方法第1页/共114页第二页，共114页。2023/2/7 第七章第七章第七章第七章 控制系统的性能分析与校正控制系统的性能分析与校正控制系统的性能分析与校正控制系统的性能分
3、析与校正一、时域性能指标一、时域性能指标一、时域性能指标一、时域性能指标评价评价评价评价(pngji)(pngji)控制系统优劣的性能指标，一般是根据系控制系统优劣的性能指标，一般是根据系控制系统优劣的性能指标，一般是根据系控制系统优劣的性能指标，一般是根据系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。常用的时域（阶跃响应、斜坡响应）指标有：常用的时域（阶跃响应、斜坡响应）指标有：常用的时域（阶跃响应、斜坡响应）指标有：常用的时域（阶跃响应、斜坡响应）指标有：最大
4、超调量或最大百分比超调量最大超调量或最大百分比超调量最大超调量或最大百分比超调量最大超调量或最大百分比超调量；调整时间调整时间调整时间调整时间；峰值时间峰值时间峰值时间峰值时间；上升时间上升时间上升时间上升时间；第2页/共114页第三页，共114页。2023/2/7二、开环频域指标二、开环频域指标二、开环频域指标二、开环频域指标 开环剪切频率（开环剪切频率（开环剪切频率（开环剪切频率（radradradrads s s s）；）；）；）；相位裕量；相位裕量；相位裕量；相位裕量；幅值裕量；幅值裕量；幅值裕量；幅值裕量；静态位置误差静态位置误差静态位置误差静态位置误差(wch)(wch)(wch)
5、(wch)系数；系数；系数；系数；静态速度误差静态速度误差静态速度误差静态速度误差(wch)(wch)(wch)(wch)系数；系数；系数；系数；静态加速度误差静态加速度误差静态加速度误差静态加速度误差(wch)(wch)(wch)(wch)系数。系数。系数。系数。第3页/共114页第四页，共114页。2023/2/7三、闭环频域指标：三、闭环频域指标：三、闭环频域指标：三、闭环频域指标：谐振角频率；谐振角频率；谐振角频率；谐振角频率；相对谐振峰值，相对谐振峰值，相对谐振峰值，相对谐振峰值，当，当，当，当A A A A（0 0 0 0）=1=1=1=1时，时，时，时，与与与与 在数值上相同；在
6、数值上相同；在数值上相同；在数值上相同；复现频率，当频率超过，输出就不复现频率，当频率超过，输出就不复现频率，当频率超过，输出就不复现频率，当频率超过，输出就不能能能能“复现复现复现复现”输入，所以，输入，所以，输入，所以，输入，所以，0 0 0 0 表示复现低频表示复现低频表示复现低频表示复现低频正弦输入信号的带宽正弦输入信号的带宽正弦输入信号的带宽正弦输入信号的带宽(di kun)(di kun)(di kun)(di kun)，称为复现，称为复现，称为复现，称为复现带宽带宽带宽带宽(di kun)(di kun)(di kun)(di kun)，或称为工作带宽，或称为工作带宽，或称为工作
7、带宽，或称为工作带宽(di(di(di(di kun)kun)kun)kun)；闭环截止频率，频率由闭环截止频率，频率由闭环截止频率，频率由闭环截止频率，频率由0 0 0 0 的范围的范围的范围的范围称为系统的闭环带宽称为系统的闭环带宽称为系统的闭环带宽称为系统的闭环带宽(di kun)(di kun)(di kun)(di kun)。第4页/共114页第五页，共114页。2023/2/7闭环频域指标闭环频域指标(zhbio)(zhbio)第5页/共114页第六页，共114页。2023/2/7 综合性能指标（误差准则）综合性能指标（误差准则）综合性能指标（误差准则）综合性能指标（误差准则）1
8、1 1 1误差积分误差积分误差积分误差积分(jfn)(jfn)(jfn)(jfn)性能指标性能指标性能指标性能指标 对于一个理想的系统，若给予其阶跃输对于一个理想的系统，若给予其阶跃输对于一个理想的系统，若给予其阶跃输对于一个理想的系统，若给予其阶跃输入，则其输出也应是阶跃函数。实际上，这入，则其输出也应是阶跃函数。实际上，这入，则其输出也应是阶跃函数。实际上，这入，则其输出也应是阶跃函数。实际上，这是不可能的，在输入、输出之间总存在误差，是不可能的，在输入、输出之间总存在误差，是不可能的，在输入、输出之间总存在误差，是不可能的，在输入、输出之间总存在误差，我们只能是使误差我们只能是使误差我们
9、只能是使误差我们只能是使误差e e e e（t t t t）尽可能小。下图）尽可能小。下图）尽可能小。下图）尽可能小。下图（a a a a）所示为系统在单位阶跃输入下无超调）所示为系统在单位阶跃输入下无超调）所示为系统在单位阶跃输入下无超调）所示为系统在单位阶跃输入下无超调的过渡过程，其误差示于下图（的过渡过程，其误差示于下图（的过渡过程，其误差示于下图（的过渡过程，其误差示于下图（b b b b）。）。）。）。第6页/共114页第七页，共114页。2023/2/7在无超调的情况下，误差在无超调的情况下，误差在无超调的情况下，误差在无超调的情况下，误差e e e e（t t t t）总是）总是
10、）总是）总是(zn(zn(zn(zn sh)sh)sh)sh)单调的，因此，系统的综合性能指标可单调的，因此，系统的综合性能指标可单调的，因此，系统的综合性能指标可单调的，因此，系统的综合性能指标可取为取为取为取为式中，误差式中，误差式中，误差式中，误差 因因因因 所以所以所以所以 第7页/共114页第八页，共114页。2023/2/7例例例例 设设设设单单单单位位位位反反反反馈馈馈馈(fnku)(fnku)(fnku)(fnku)的的的的一一一一阶阶阶阶惯惯惯惯性性性性系系系系统统统统，其其其其方方方方框框框框图图图图如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示，其其其其中中中中开开开开环环环环
11、增增增增益益益益K K K K是是是是待待待待定定定定参参参参数数数数。试试试试确定能使确定能使确定能使确定能使I I I I值最小的值最小的值最小的值最小的K K K K值。值。值。值。第8页/共114页第九页，共114页。2023/2/7解解解解:当当当当 时，误差时，误差时，误差时，误差(wch)(wch)(wch)(wch)的拉氏变换的拉氏变换的拉氏变换的拉氏变换为为为为 有有有有 可见，可见，可见，可见，K K K K越大，越大，越大，越大，I I I I越小。所以从使越小。所以从使越小。所以从使越小。所以从使I I I I减小的角度看，减小的角度看，减小的角度看，减小的角度看，K
12、K K K值选得越大越好。值选得越大越好。值选得越大越好。值选得越大越好。第9页/共114页第十页，共114页。2023/2/7 2 2误差平方误差平方(pngfng)(pngfng)积分性能指标积分性能指标 第10页/共114页第十一页，共114页。2023/2/7 两种主要两种主要(zhyo)(zhyo)校正方式校正方式第11页/共114页第十二页，共114页。2023/2/7 见光盘见光盘(unpn)课件第七章第三节课件第七章第三节第12页/共114页第十三页，共114页。2023/2/7 反馈校正反馈校正反馈校正反馈校正 反馈校正可理解为现代控制理论中的状态反馈校正可理解为现代控制理论
13、中的状态反馈校正可理解为现代控制理论中的状态反馈校正可理解为现代控制理论中的状态反馈，在控制系统反馈，在控制系统反馈，在控制系统反馈，在控制系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)中得到了广泛的应中得到了广泛的应中得到了广泛的应中得到了广泛的应用，常见的有被控量的速度反馈、加速度反馈、用，常见的有被控量的速度反馈、加速度反馈、用，常见的有被控量的速度反馈、加速度反馈、用，常见的有被控量的速度反馈、加速度反馈、电流反馈、以及复杂系统电流反馈、以及复杂系统电流反馈、以及复杂系统电流反馈、以及复杂系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)的中间变量的中间变量的中间变量的中间变量
14、反馈等。反馈等。反馈等。反馈等。第13页/共114页第十四页，共114页。2023/2/7 在随动系统在随动系统在随动系统在随动系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)和调速系统和调速系统和调速系统和调速系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)中，中，中，中，转速、加速度、电枢电流等，都是常用的反馈变转速、加速度、电枢电流等，都是常用的反馈变转速、加速度、电枢电流等，都是常用的反馈变转速、加速度、电枢电流等，都是常用的反馈变量，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感量，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感量，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感量，而具体的反馈元件实
15、际上就是一些测量传感器，如测速发电机、加速度计、电流互感器等。器，如测速发电机、加速度计、电流互感器等。器，如测速发电机、加速度计、电流互感器等。器，如测速发电机、加速度计、电流互感器等。从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有其突出的特点，它能有效地改变被包围环节的动其突出的特点，它能有效地改变被包围环节的动其突出的特点，它能有效地改变被包围环节的动其突出的特点，它能有效地改变被包围环节的动态结构和参数；另外，在一定条件下，反馈校正态结构和参数；另外，在一定条件下，反馈校正态结构和
16、参数；另外，在一定条件下，反馈校正态结构和参数；另外，在一定条件下，反馈校正甚至能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱甚至能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱甚至能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱甚至能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)带来的不利影响。带来的不利影响。带来的不利影响。带来的不利影响。第14页/共114页第十五页，共114页。2023/2/7 位置的微分反馈是
17、将位置控制系统中被包位置的微分反馈是将位置控制系统中被包位置的微分反馈是将位置控制系统中被包位置的微分反馈是将位置控制系统中被包围的环节围的环节围的环节围的环节(hunji)(hunji)(hunji)(hunji)的速度信号反馈至输入端的速度信号反馈至输入端的速度信号反馈至输入端的速度信号反馈至输入端，故常称速度反馈（如果反馈环节，故常称速度反馈（如果反馈环节，故常称速度反馈（如果反馈环节，故常称速度反馈（如果反馈环节(hunji)(hunji)(hunji)(hunji)的传递函数是的传递函数是的传递函数是的传递函数是 ，则称为加速度，则称为加速度，则称为加速度，则称为加速度反馈）。反馈）
18、。反馈）。反馈）。速度反馈在随动系统中使用得极为广泛，速度反馈在随动系统中使用得极为广泛，速度反馈在随动系统中使用得极为广泛，速度反馈在随动系统中使用得极为广泛，而且在改善快速性的同时，还具有良好的平而且在改善快速性的同时，还具有良好的平而且在改善快速性的同时，还具有良好的平而且在改善快速性的同时，还具有良好的平稳性。当然实际上理想的微分环节稳性。当然实际上理想的微分环节稳性。当然实际上理想的微分环节稳性。当然实际上理想的微分环节(hunji)(hunji)(hunji)(hunji)是难以得到的，如测速发电机还具是难以得到的，如测速发电机还具是难以得到的，如测速发电机还具是难以得到的，如测速
19、发电机还具有电磁时间常数，故速度反馈的传递函数可有电磁时间常数，故速度反馈的传递函数可有电磁时间常数，故速度反馈的传递函数可有电磁时间常数，故速度反馈的传递函数可取为取为取为取为 第15页/共114页第十六页，共114页。2023/2/7 第16页/共114页第十七页，共114页。2023/2/7 则对应则对应(duyng)(duyng)串联校正串联校正 可见，测速机反馈校正相当于串联校正中的可见，测速机反馈校正相当于串联校正中的PDPD校正（即超前校正）。校正（即超前校正）。第17页/共114页第十八页，共114页。2023/2/7对于位置控制系统加速度计反馈对于位置控制系统加速度计反馈对于
20、位置控制系统加速度计反馈对于位置控制系统加速度计反馈(fnku)(fnku)(fnku)(fnku)校正，校正，校正，校正，如下图如下图如下图如下图第18页/共114页第十九页，共114页。2023/2/7则对应串联校正则对应串联校正则对应串联校正则对应串联校正 可见，加速度计反馈可见，加速度计反馈可见，加速度计反馈可见，加速度计反馈(fnku)(fnku)(fnku)(fnku)校正相当于串联校校正相当于串联校校正相当于串联校校正相当于串联校正中的正中的正中的正中的PIDPIDPIDPID校正（即超前校正（即超前校正（即超前校正（即超前-滞后校正）。滞后校正）。滞后校正）。滞后校正）。第19
21、页/共114页第二十页，共114页。2023/2/7 系统系统(xtng)最优模型最优模型见光盘课件第七章第五节见光盘课件第七章第五节第20页/共114页第二十一页，共114页。2023/2/7 高阶最优模型高阶最优模型高阶最优模型高阶最优模型 下图所示典型三阶系统，也叫典型下图所示典型三阶系统，也叫典型下图所示典型三阶系统，也叫典型下图所示典型三阶系统，也叫典型型系型系型系型系统，其开环传递函数为统，其开环传递函数为统，其开环传递函数为统，其开环传递函数为 相角裕量为正，系统闭环后稳定。相角裕量为正，系统闭环后稳定。相角裕量为正，系统闭环后稳定。相角裕量为正，系统闭环后稳定。这个模型既保证这
22、个模型既保证这个模型既保证这个模型既保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)了了了了 附附附附近的斜率为近的斜率为近的斜率为近的斜率为-20dB-20dB-20dB-20dBdec.dec.dec.dec.，又保证，又保证，又保证，又保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)低频段有高增益，既保证低频段有高增益，既保证低频段有高增益，既保证低频段有高增益，既保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)了稳定性了稳定性了稳定性了稳定性又保证又保证又保证又保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng
23、)了准确性。了准确性。了准确性。了准确性。第21页/共114页第二十二页，共114页。2023/2/7 第22页/共114页第二十三页，共114页。2023/2/7为便于分析，再引入一个变量为便于分析，再引入一个变量为便于分析，再引入一个变量为便于分析，再引入一个变量h,h,h,h,h h h h称为中频宽。在一般情况下，称为中频宽。在一般情况下，称为中频宽。在一般情况下，称为中频宽。在一般情况下，是调节对象的是调节对象的是调节对象的是调节对象的固有参数，不便改动，只有固有参数，不便改动，只有固有参数，不便改动，只有固有参数，不便改动，只有 和和和和K K K K可以变动。可以变动。可以变动。
24、可以变动。改变，就相当于改变了改变，就相当于改变了改变，就相当于改变了改变，就相当于改变了h h h h。当。当。当。当h h h h不变，只改动不变，只改动不变，只改动不变，只改动K K K K时，即相当于改变了时，即相当于改变了时，即相当于改变了时，即相当于改变了 值。因此对典型值。因此对典型值。因此对典型值。因此对典型型系型系型系型系统的动态设计，便归结为统的动态设计，便归结为统的动态设计，便归结为统的动态设计，便归结为h h h h和和和和 这两个这两个这两个这两个(lin(lin(lin(lin)参量的选择问题参量的选择问题参量的选择问题参量的选择问题,h,h,h,h越大系统相对稳定
25、性越越大系统相对稳定性越越大系统相对稳定性越越大系统相对稳定性越好好好好；越大则系统快速性越好越大则系统快速性越好越大则系统快速性越好越大则系统快速性越好 。由上图可知，如果知道了由上图可知，如果知道了由上图可知，如果知道了由上图可知，如果知道了K K K K值及值及值及值及h h h h值，可得到值，可得到值，可得到值，可得到 第23页/共114页第二十四页，共114页。2023/2/7故故故故 显然，知道显然，知道显然，知道显然，知道(zh do)(zh do)(zh do)(zh do)了了了了h h h h和和和和 、的值，伯的值，伯的值，伯的值，伯德图就可以完全确定了。德图就可以完全
26、确定了。德图就可以完全确定了。德图就可以完全确定了。当当当当 是系统固有时间常数时，如果给定了中是系统固有时间常数时，如果给定了中是系统固有时间常数时，如果给定了中是系统固有时间常数时，如果给定了中频宽频宽频宽频宽h h h h后后后后,则则则则 随随随随K K K K的增大而增大。从附录的增大而增大。从附录的增大而增大。从附录的增大而增大。从附录B B B B可可可可知，当选择知，当选择知，当选择知，当选择 或或或或 时，闭环的谐振峰最小，阶跃作用时的超调量时，闭环的谐振峰最小，阶跃作用时的超调量时，闭环的谐振峰最小，阶跃作用时的超调量时，闭环的谐振峰最小，阶跃作用时的超调量也最小。也最小。
27、也最小。也最小。第24页/共114页第二十五页，共114页。2023/2/7 希望希望希望希望(xwng)(xwng)对数频率特性与系统性能指标对数频率特性与系统性能指标对数频率特性与系统性能指标对数频率特性与系统性能指标的关系的关系的关系的关系第25页/共114页第二十六页，共114页。2023/2/7 第26页/共114页第二十七页，共114页。2023/2/7 第27页/共114页第二十八页，共114页。2023/2/7例：已知某闭环系统例：已知某闭环系统例：已知某闭环系统例：已知某闭环系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)给定性能指标为给定性能指标为给定性能指标为给定性能
28、指标为 ，相角裕量为，相角裕量为，相角裕量为，相角裕量为45454545，试设计系统，试设计系统，试设计系统，试设计系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)开环开环开环开环对数幅频特性中频段的参数。对数幅频特性中频段的参数。对数幅频特性中频段的参数。对数幅频特性中频段的参数。解：解：解：解：第28页/共114页第二十九页，共114页。2023/2/7 第29页/共114页第三十页，共114页。2023/2/7如果是如果是如果是如果是I I I I型系统，则在中频段高阶最优模型系统，则在中频段高阶最优模型系统，则在中频段高阶最优模型系统，则在中频段高阶最优模型的基础上增加型的基础上增
29、加型的基础上增加型的基础上增加(zngji)(zngji)(zngji)(zngji)转角频率转角频率转角频率转角频率 。第30页/共114页第三十一页，共114页。2023/2/7该系统该系统该系统该系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)比典型形式相角裕量增加比典型形式相角裕量增加比典型形式相角裕量增加比典型形式相角裕量增加 ，系统，系统，系统，系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)闭环后相对稳定性更好。一般闭环后相对稳定性更好。一般闭环后相对稳定性更好。一般闭环后相对稳定性更好。一般 第31页/共114页第三十二页，共114页。2023/2/7按照上式选取按照上
30、式选取按照上式选取按照上式选取 ，可保证，可保证，可保证，可保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)所要求的静所要求的静所要求的静所要求的静态放大倍数，进而保证态放大倍数，进而保证态放大倍数，进而保证态放大倍数，进而保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)系统的稳态误系统的稳态误系统的稳态误系统的稳态误差。差。差。差。第32页/共114页第三十三页，共114页。2023/2/7 设在复现频率处，系统的允许误差为设在复现频率处，系统的允许误差为设在复现频率处，系统的允许误差为设在复现频率处，系统的允许误差为，则，则，则，则根据频率特性定义，
31、在该频率下系统的开环增益根据频率特性定义，在该频率下系统的开环增益根据频率特性定义，在该频率下系统的开环增益根据频率特性定义，在该频率下系统的开环增益应满足应满足应满足应满足(mnz)(mnz)(mnz)(mnz)下式下式下式下式 如果在的频段如果在的频段如果在的频段如果在的频段 内，逐个频率区域给出了内，逐个频率区域给出了内，逐个频率区域给出了内，逐个频率区域给出了误差的要求，即可按上述原则求出各个频率下最误差的要求，即可按上述原则求出各个频率下最误差的要求，即可按上述原则求出各个频率下最误差的要求，即可按上述原则求出各个频率下最低的开环增益低的开环增益低的开环增益低的开环增益 这样，就可以
32、画出工作频段的增益禁区，即幅频这样，就可以画出工作频段的增益禁区，即幅频这样，就可以画出工作频段的增益禁区，即幅频这样，就可以画出工作频段的增益禁区，即幅频特性应高于这个区域，才能保证复现频带及工作特性应高于这个区域，才能保证复现频带及工作特性应高于这个区域，才能保证复现频带及工作特性应高于这个区域，才能保证复现频带及工作频段内的误差。频段内的误差。频段内的误差。频段内的误差。第33页/共114页第三十四页，共114页。2023/2/7 第34页/共114页第三十五页，共114页。2023/2/7由于控制系统各个部件通常存在一些小时间由于控制系统各个部件通常存在一些小时间由于控制系统各个部件通
33、常存在一些小时间由于控制系统各个部件通常存在一些小时间常数环节，致使高频段呈现出常数环节，致使高频段呈现出常数环节，致使高频段呈现出常数环节，致使高频段呈现出-60dB-60dB-60dB-60dBdec.dec.dec.dec.甚甚甚甚至更陡的形状，见下图。其开环传递函数为至更陡的形状，见下图。其开环传递函数为至更陡的形状，见下图。其开环传递函数为至更陡的形状，见下图。其开环传递函数为 所谓高频区，是指角频率大于所谓高频区，是指角频率大于所谓高频区，是指角频率大于所谓高频区，是指角频率大于 的区域。高的区域。高的区域。高的区域。高频区伯德图呈很陡的斜率下降有利于降低噪频区伯德图呈很陡的斜率下
34、降有利于降低噪频区伯德图呈很陡的斜率下降有利于降低噪频区伯德图呈很陡的斜率下降有利于降低噪声，也就是控制系统应是一个低通滤波器。声，也就是控制系统应是一个低通滤波器。声，也就是控制系统应是一个低通滤波器。声，也就是控制系统应是一个低通滤波器。高频段有多个小惯性环节，将对典型高阶模高频段有多个小惯性环节，将对典型高阶模高频段有多个小惯性环节，将对典型高阶模高频段有多个小惯性环节，将对典型高阶模型的系统的相位裕度产生不利的影响型的系统的相位裕度产生不利的影响型的系统的相位裕度产生不利的影响型的系统的相位裕度产生不利的影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)，使原
35、来的相角裕度降低。，使原来的相角裕度降低。，使原来的相角裕度降低。，使原来的相角裕度降低。第35页/共114页第三十六页，共114页。2023/2/7 第36页/共114页第三十七页，共114页。2023/2/7可见，该系统比可见，该系统比可见，该系统比可见，该系统比型典型形式相角裕量减少型典型形式相角裕量减少型典型形式相角裕量减少型典型形式相角裕量减少 ，系统闭环后相对稳定性变差。，系统闭环后相对稳定性变差。，系统闭环后相对稳定性变差。，系统闭环后相对稳定性变差。当高频段有好几个小时间常数，且满足当高频段有好几个小时间常数，且满足当高频段有好几个小时间常数，且满足当高频段有好几个小时间常数，
36、且满足(mnz)(mnz)(mnz)(mnz)时，如下图，可认为时，如下图，可认为时，如下图，可认为时，如下图，可认为 这时，这时，这时，这时，第37页/共114页第三十八页，共114页。2023/2/7 第38页/共114页第三十九页，共114页。2023/2/7综合系统时，为了仍然采用高阶最优模型的各综合系统时，为了仍然采用高阶最优模型的各综合系统时，为了仍然采用高阶最优模型的各综合系统时，为了仍然采用高阶最优模型的各项公式，需修正设计，加长项公式，需修正设计，加长项公式，需修正设计，加长项公式，需修正设计，加长 到到到到 ，以保证，以保证，以保证，以保证具有足够的稳定裕量。具有足够的稳定
37、裕量。具有足够的稳定裕量。具有足够的稳定裕量。一般一般一般一般 则则则则 当高频段当高频段当高频段当高频段(pn dun)(pn dun)(pn dun)(pn dun)有好几个小时间常数时，有好几个小时间常数时，有好几个小时间常数时，有好几个小时间常数时，则有则有则有则有 第39页/共114页第四十页，共114页。2023/2/7例：某角度随动系统性能指标要求为：在输入信例：某角度随动系统性能指标要求为：在输入信例：某角度随动系统性能指标要求为：在输入信例：某角度随动系统性能指标要求为：在输入信号号号号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)为为为为 时速度误差小于时速度误差小于时速
38、度误差小于时速度误差小于7.27.27.27.2角分，超角分，超角分，超角分，超调量小于调量小于调量小于调量小于25%25%25%25%，过渡过程时间小于，过渡过程时间小于，过渡过程时间小于，过渡过程时间小于0.2s0.2s0.2s0.2s。已知该系。已知该系。已知该系。已知该系统在高频处有一个小时间常数统在高频处有一个小时间常数统在高频处有一个小时间常数统在高频处有一个小时间常数0.005s0.005s0.005s0.005s，试设计满，试设计满，试设计满，试设计满足上述性能指标的系统开环对数幅频特性。足上述性能指标的系统开环对数幅频特性。足上述性能指标的系统开环对数幅频特性。足上述性能指标
39、的系统开环对数幅频特性。解：位置系统要求随动速度信号解：位置系统要求随动速度信号解：位置系统要求随动速度信号解：位置系统要求随动速度信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)，采用，采用，采用，采用型系统。型系统。型系统。型系统。第40页/共114页第四十一页，共114页。2023/2/7 第41页/共114页第四十二页，共114页。2023/2/7可见，该系统可见，该系统可见，该系统可见，该系统 对稳定性改善的影响对稳定性改善的影响对稳定性改善的影响对稳定性改善的影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)很小，可以忽略不计。很小，可以忽略不计。很小
40、，可以忽略不计。很小，可以忽略不计。可见，该系统可见，该系统可见，该系统可见，该系统 对稳定性的不利影响对稳定性的不利影响对稳定性的不利影响对稳定性的不利影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)较大，必须予以考虑。较大，必须予以考虑。较大，必须予以考虑。较大，必须予以考虑。第42页/共114页第四十三页，共114页。2023/2/7 第43页/共114页第四十四页，共114页。2023/2/7 用希望对数频率特性进行校正用希望对数频率特性进行校正用希望对数频率特性进行校正用希望对数频率特性进行校正(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)(jio
41、zhng)装装装装置的设计置的设计置的设计置的设计 所谓校正所谓校正所谓校正所谓校正(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)，就是附加上校正，就是附加上校正，就是附加上校正，就是附加上校正(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)装置，使校正装置，使校正装置，使校正装置，使校正(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)后的频后的频后的频后的频率特性成为希望频率特性，即率特性成为希望频率特性，即率特性成为希望频率特性，即率特性成为希望频率特性，即 式中，式中，式中，式中，校正校正校正校正(jiozhng)
42、(jiozhng)(jiozhng)(jiozhng)装置传递函数；装置传递函数；装置传递函数；装置传递函数；系统固有传递函数；系统固有传递函数；系统固有传递函数；系统固有传递函数；希望开环传递函数。希望开环传递函数。希望开环传递函数。希望开环传递函数。则则则则 第44页/共114页第四十五页，共114页。2023/2/7 第45页/共114页第四十六页，共114页。2023/2/7例例例例 某单位反馈的随动系统其固有部分某单位反馈的随动系统其固有部分某单位反馈的随动系统其固有部分某单位反馈的随动系统其固有部分(b(b(b(b fen)fen)fen)fen)的传递函数为的传递函数为的传递函数
43、为的传递函数为 试设计系统校正参数，使系统达下列指标：试设计系统校正参数，使系统达下列指标：试设计系统校正参数，使系统达下列指标：试设计系统校正参数，使系统达下列指标：500rad/s 500rad/s 500rad/s 500rad/s，超调量，超调量，超调量，超调量 ,0.2s0.2s0.2s0.2s。解解解解:首先确定希望对数频率特性首先确定希望对数频率特性首先确定希望对数频率特性首先确定希望对数频率特性 1 1 1 1 值可用经验公式初步确定值可用经验公式初步确定值可用经验公式初步确定值可用经验公式初步确定 第46页/共114页第四十七页，共114页。2023/2/7另外另外另外另外(
44、ln wi)(ln wi)(ln wi)(ln wi)，看固有时间常数，看固有时间常数，看固有时间常数，看固有时间常数 因因因因 均大于均大于均大于均大于 ，令，令，令，令 第47页/共114页第四十八页，共114页。2023/2/7 2 2 2 2确定中频宽确定中频宽确定中频宽确定中频宽h h h h值值值值 h h h h值的大小影响值的大小影响值的大小影响值的大小影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)超调量，超调量，超调量，超调量，影响影响影响影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)快速性，根据快速性，根据快速性，
45、根据快速性，根据 ，故，故，故，故可选可选可选可选h=10h=10h=10h=10。3 3 3 3确定确定确定确定 及及及及 值值值值 可选择在可选择在可选择在可选择在第48页/共114页第四十九页，共114页。2023/2/7 4.4.4.4.为了保证为了保证为了保证为了保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)，选，选，选，选 ，也就是说加入滞后校正，也就是说加入滞后校正，也就是说加入滞后校正，也就是说加入滞后校正 既保证既保证既保证既保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)了稳定性、快速性，又保证了稳定性、快速性，又保证了稳定性、快速
46、性，又保证了稳定性、快速性，又保证(bozhng)(bozhng)(bozhng)(bozhng)了静态增益达到了静态增益达到了静态增益达到了静态增益达到 第49页/共114页第五十页，共114页。2023/2/7系统的固有对数幅频特性如上图系统的固有对数幅频特性如上图系统的固有对数幅频特性如上图系统的固有对数幅频特性如上图所示，希所示，希所示，希所示，希望对数幅频特性如图望对数幅频特性如图望对数幅频特性如图望对数幅频特性如图所示，两者之差即为所示，两者之差即为所示，两者之差即为所示，两者之差即为校正装置对数幅频特性，如图中校正装置对数幅频特性，如图中校正装置对数幅频特性，如图中校正装置对数幅
47、频特性，如图中所示。所示。所示。所示。校正后系统的开环传递函数为校正后系统的开环传递函数为校正后系统的开环传递函数为校正后系统的开环传递函数为 综上所述，可选择滞后校正综上所述，可选择滞后校正综上所述，可选择滞后校正综上所述，可选择滞后校正 这个校正很容易这个校正很容易这个校正很容易这个校正很容易(rngy)(rngy)(rngy)(rngy)用滞后网络实用滞后网络实用滞后网络实用滞后网络实现。现。现。现。第50页/共114页第五十一页，共114页。2023/2/7电压电压电压电压-转角位置转角位置转角位置转角位置(wi zhi)(wi zhi)(wi zhi)(wi zhi)随动系统随动系统
48、随动系统随动系统 第51页/共114页第五十二页，共114页。2023/2/7 测速反馈测速反馈测速反馈测速反馈(fnku)(fnku)(fnku)(fnku)环路环路环路环路 为了降低电机时间常数，加入较深的测速负反为了降低电机时间常数，加入较深的测速负反为了降低电机时间常数，加入较深的测速负反为了降低电机时间常数，加入较深的测速负反馈馈馈馈(fnku)(fnku)(fnku)(fnku)，以阶跃响应的超调量不大于，以阶跃响应的超调量不大于，以阶跃响应的超调量不大于，以阶跃响应的超调量不大于20%20%20%20%为为为为宜。加入测速反馈宜。加入测速反馈宜。加入测速反馈宜。加入测速反馈(fn
49、ku)(fnku)(fnku)(fnku)可以改善正反转动时可以改善正反转动时可以改善正反转动时可以改善正反转动时传递特性的对称性，减少死区，改善传递特性的传递特性的对称性，减少死区，改善传递特性的传递特性的对称性，减少死区，改善传递特性的传递特性的对称性，减少死区，改善传递特性的线性度，增加系统阻尼。因此，伺服系统中只要线性度，增加系统阻尼。因此，伺服系统中只要线性度，增加系统阻尼。因此，伺服系统中只要线性度，增加系统阻尼。因此，伺服系统中只要允许加入测速反馈允许加入测速反馈允许加入测速反馈允许加入测速反馈(fnku)(fnku)(fnku)(fnku)，一般都加入这种负，一般都加入这种负，
50、一般都加入这种负，一般都加入这种负反馈反馈反馈反馈(fnku)(fnku)(fnku)(fnku)。选选选选 =0.6 =0.6 =0.6 =0.6，则小闭环传递函数为，则小闭环传递函数为，则小闭环传递函数为，则小闭环传递函数为 第52页/共114页第五十三页，共114页。2023/2/7 把调速环作为一个已知的环节，再求系统把调速环作为一个已知的环节，再求系统把调速环作为一个已知的环节，再求系统把调速环作为一个已知的环节，再求系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)固有开环传递函数为固有开环传递函数为固有开环传递函数为固有开环传递函数为 第53页/共114页第五十四页，共114页