【文档说明】机械控制工程基础第六章.pptx，共(32)页，1.044 MB，由精品优选上传

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第六章系统的性能与校正一、系统的性能指标1.时域性能指标3.综合性能指标(误差准则)2.频域性能指标瞬态性能指标稳态性能指标（稳态误差）延迟时间td；上升时间tr；峰值时间tP；最大超调量MP；调整时间tS(或过渡过程时间)相位裕度；增益(或幅值)裕度Kg；复现频率m及复现带宽0～

m；谐振频率r及谐振峰值Mr；截止频率b及截止带宽(简称带宽)0～b。制作：华中科技大学1.校正的概念二、系统的校正放大执行被控对象测量K（可调）惟有增益K可调K↑，稳态误差↓，响应加快，但稳定性下降；仅靠增益调整一般难以同时满足所有

的性能指标制作：华中科技大学1.校正的概念二、系统的校正①原系统（P=0）————不稳定②减小K———稳定，但对稳态性能不利③加入新环节（改变系统的频率特性曲线）————稳定，但不改变稳态性能制作：华中科技大学1.校正的概念二、系统的校正①原系统（P=0）————稳定，但相位裕度小，调整时间

长减小K，不改变相位裕度②加入新环节————产生正的相移，提高相位裕度制作：华中科技大学1.校正的概念二、系统的校正校正（补偿）：在系统中增加新的环节，以改善系统的性能在提高某些性能指标的同时，能保证其它性能指标满足要求；制作：华中科技大学2.校正的分类二、系统的校正串联校正：增益调整

；相位超前；相位滞后；相位超前—滞后反馈校正顺馈校正：开环复合控制制作：华中科技大学1.相位超前校正——使某频段的相位增加三、串联校正dBω－90°－180°dBω－90°－180°－270°不稳定稳定，相位裕度不够

制作：华中科技大学1.相位超前校正典型物理环节：传递函数：)1()1()()()(++==TsTssUsUsGiocCRTRRR1212,1=+=22)(1)(1)(TTjGc++=幅频特性：11)(++=TjjTjGc频率特性：相频特性：∠Gc(j

)=(j)=arctgT-arctgT＞0制作：华中科技大学1.相位超前校正α不同时的Nyquist图：Bode图：(α＝0.1，T=T1,T2,T3)由：0)(=jGc有：Tm

1=最大相移处的频率显然+=TTm1lg1lg21lg（位于两个转折频率的对数中点，即Bode图上的几何中点）最大相移：+−=−=11arcsin1arctgarctgm制作：华中科技大学相位超前校正设计举例稳态性能指标：单位恒速输入时的稳态误差ess＝0

.05；频域性能指标：相位裕度≥50°，增益裕度20lgKg≥10dB。性能要求：要求的开环增益：12005.0111−====seKssss)5.01(20)(jjjG+=未加校正时的频率特性：系统稳定，且增益裕度≥10dB，但相位裕度＜50°

，不满足性能要求。制作：华中科技大学相位超前校正设计举例需增加的相位超前量：m＝50°－17°＋5°＝38°由：+−=11arcsinm得到对应的α值约为0.24校正环节在m点上造成的对数幅频特性的上移量：dBTjjT2.611lg20=++加入校正环节后，新的剪切频率应为c

＝9s-1191−===sTcm故有：T=0.23s；αT＝0.055s制作：华中科技大学相位超前校正设计举例校正环节的频率特性：055.0123.0124.011)(jjTjjTjGc++=++=原开环增益应调整为：4.8324.02020===K校正后系统的开环传递函

数：)055.01)(5.01()23.01(20)5.01(4.83055.0123.0124.0)()()(sssssssssGsGsGcK+++=+++==增大相位裕度，增大带宽，加快响应速度制作：华中科技大学2.相位

滞后校正——使某频段的相位滞后三、串联校正dBω－0°－90°－180°增大K传递函数：)1()1()(++=TsTssGc1相位滞后校正原理在于保持低频增益不变，而使高频增益下降。而不在于相位滞后效应。制作：华中科技大学2.相位滞后校正——使某频段的相位滞后三、串联校正增大K增益（减小

稳态误差）的同时保证稳定性和快速性制作：华中科技大学3.相位滞后—超前校正三、串联校正制作：华中科技大学PID校正按偏差的比例、积分和微分进行控制PID调节器的一般形式pdi()1(1)()MsKTsEsTs=++d0i()()1d()[d()d]tPtttmtKtTTt=++Kp(1

+1/(Tis)+Tds)Xo(s)Xi(s)G(s)E(s)M(s)校正环节→调节器→控制器→控制策略→控制算法四、PID校正——有源校正制作：华中科技大学p()()MsKEs=1.比例环节校正dB20

0110100201gKp11010010o0odB−−校正后校正前Kp>1，则幅频上移，稳态误差减小；c右移，响应加快，稳定性下降。Kp<1，则幅频下移，稳态误差增大；c左移，响应变慢，稳定性提高。制作：

华中科技大学pd()(1)()MsKTsEs=+2.比例微分环节校正由图可知：PD调节器相位超前dc1j(j)1TG+=Kp=1时，dB20dB/dec1/Td0相当于导前环节制作：华中科技大学PD调节器的校正作用1.相

位裕度增加，稳定性增强2.c右移，响应速度提高3.高频增益上升，抗干扰能力减弱20dB/dec−−dBd校正环节-20dB/dec校正后校正前-60dB/dec(c)('c)校正后校正前制作：华中科技大学3.比例积分环节校正pi()

1(1)()MsKEsTs=+ici1j(j)jTGT+=Kp=1时，相当于积分环节串接导前环节dB-20dB/deco0o-90o-180o1/Ti制作：华中科技大学PI调节器的校正作用校正的作用：1.增加积分环节，提高系统阶次，系统稳态误差减小2.相位裕度减小，稳定性降低(

只有在稳定裕度比较大的时候才用)dB-20dB/deco0o-90o-180o校正前校正后校正环节-40dB/dec校正后制作：华中科技大学pdi()1(1)()MsKTsEsTs=++PID调节器

p2d2i2()1(1)(1)()MsKTsEsTs=++d2p2d2p2d2i2i2i2i22d11(1+)(+)1TKTsKTsTsTTTsT++=++d2d2d2i2id2pp2ii2d2i21)1),)(1,=((TTT

TTKKTTTTT+++==令d2d2d2id2p22i2i2i21(+)(1)((11)1)TTTTTTTKsTs++++=PI,PD都作用制作：华中科技大学d2i2d2i25,11.2TTTT+一般ip222di2(1)(1)TsTssKT++=d2

pp2ii2d1.2,=1.2,1.2TKKTTT==pdi()1(1)()MsKTsEsTs=++相当于积分环节串接两个导前环节p2d2i21(1)(1)KTsTs=++i2d2p3(1)(1)TsKTss++=PID调节器制作：华中科技大学pp

2d2d2i2pi23i21)(1()KTTKTKTT==++参数转换关系d2dd2ii2d2i2i2=(,1)1)(TTTTTTTT++=已知Ti、Td、Kp，建立方程组，解出Ti2、Td2、Kp3i2d2pdp3i(1)(1)()1(1)()TsTsMsKTsKEsTss++=+

+=PID调节器制作：华中科技大学i2d2pdp3i(1)(1)()1(1)()TsTsMsKTsKEsTss++=++=PID调节器校正作用：1.低频段，积分起作用，减小低频稳态误差2.高频段，微分起作用，加快响应，改善动态3.Kp决定控制作用强弱,Kp影响系统的动态性能和稳定性

能。dBo-20dB/dec+20dB/dec0o-90o90oTi21/Td2制作：华中科技大学若原系统1()1KGsTs=+惯性时间常数为T增加反馈环节K111B1111()1111TKKKKTsKKKGsK

sTs+++==+++反馈校正后，时间常数11TTKK+系统响应加快动态性能改善G(s)Xi(s)Xo(s)比例反馈，位置反馈KXi(s)Xo(s)G(s)五、反馈校正制作：华中科技大学B250()0

.0550Gsss=++222(31.6)20.31631.6(31.6)ss=++n0.316,31.6==2pexp(/1)135%00%M=−−=2B22(31.6)()20(150)(31.6)Gsss=+++nn220(150),31.6=+=0.023

6,0.69s==若则2exp(/1)%0510%PM=−−=系统超调量降低Xo(s)Xi(s)s(0.05s+1)50微分反馈，速度反馈1+sXi(s)Xo(s)s(0.05s+1)5

0制作：华中科技大学局部传递函数221aCGGGG=+若2||1CGG1aCGG与G2无关抑制了G2内部常出现的扰动反馈可校正系统，降低超调，加快响应反馈还可抑制扰动，减小参数波动Xi(s)Xo(

s)G1(s)G2(s)Gc(s)制作：华中科技大学校正前12oi121GGXXGG=+加上顺馈后o12ic2XGGEGGX=+Xi(s)Xo(s)G1(s)G2(s)Gc(s)Xi(s)G1(s)G2

(s)Xo(s)E(s)其中，ioEXX=−12i12o2icGGXGGXGXG=−+12o12c2i(1)()GGXGGGGX+=+122coi121GGGXXGGG+=+六、顺馈校正制作：华中科技大学校正前12oi121GGXXGG=+加上顺馈后212oici121211GGG

XXXGGGGG=+++若c2||1GG=则oiXX=消除偏差和误差，并保持传递函数分母不变Xi(s)Xo(s)G1(s)G2(s)顺馈校正可减小系统的误差，且不改变系统稳定性Gc(s)Xi(s)G1(s)G2(s)X

o(s)E(s)制作：华中科技大学例：既有输入Xi又有扰动N线性系统，可单独考虑扰动作用。设Xi=0，有Xi(s)Xo(s)G(s)N(s)k4k1k2sk31+TsXo(s)G(s)N(s)k4k1k2sk31

+Ts顺馈k4顺馈k4制作：华中科技大学即若1240KKGKs−=则Xo与干扰N无关，可消除干扰的影响Xo(s)G(s)N(s)k4k1k2sk31+TsN(s)Xo(s)k1k2G(s)s-k4k3sTs2+s+k1k2k3

顺馈k4顺馈k4制作：华中科技大学