6.1系统性能指标与校正
串联校正:校正装置串联在系统前向通道中。
反馈校正:校正装置设置在系统的局部反馈回路上。
前置校正:在系统反馈回路之外的校正方式。
扰动补偿:校正装置直接或间接对扰动信号进行测量,变换后接入系统。
超前校正装置:输出信号相为超前于输入相角,具有正的相角特性(相角越大越超前,就像百米赛跑,跑的越远,就在越前面)。
滞后校正装置:输出信号相位滞后于输入信号,具有负的相角特性。
超前滞后校正装置:在一段频率具有正相角特性,在另一段频率内有负相角特性。
6.2 PID控制(proportional–integral–derivative control )
优点:控制简单、使用方便、适应性强、鲁棒性强
P(比例控制作用)
有差控制
这里简单说明一下有差与无差的概念,有差就是指设定值与实际值存在偏差,否则为无差
P只对e起到比例放大的作用,故当e=0时输入=输出,相当于控制器不起作用,只有当e不为零时,输入输出才有变化,即P具有控制作用,故为有差控制
特点:
使系统开环增益增大,减少系统稳态误差(因为稳态误差计算中K做分母),提高系统控制精度(误差小,精度自然高)
系统剪切频率增大,响应速度加快
系统相角裕量减小,稳定性变差(因为一般相频特性成下降趋势,频率越往后后相角越小)
只可改变零极点分布,不可削弱不良极点的作用
I(积分控制作用)
无差调节
误差的叠加,当误差为零时,调节器有一个稳定输出的值,即调节后设定值与实际值没有误差
积分控制具有“记忆”功能,系统既能保证稳态,又能实现无差控制;
减小稳态误差,提高控制精度(由于积分控制可以提高系统的型号)
单独使用容易造成系统不稳定
D(比例-微分控制作用)
有差控制
微分控制具有“预见”性,系统可以产生有效的提前修正作用。
任何情况都不能单独使用,必须PD或者PID
PD
特点:
提高系统剪切频率,提高系统响应速度。(Kp)
增加稳态裕量,提高系统的相对稳定性(Kd)
高频段增益大,抗干扰能力减小(Kp)
PID
特点:
低频段由于积分器作用,提升系统型号,稳态性能提升
中频段由于比例微分作用,剪切频率增大,响应速度提升,相角裕度增大,相对稳定性提升
PID为带通滤波器,PI为低通,PD为高通
6.3校正装置及其特性:
无源超前校正装置:稳态输出相角超前于输入
传递函数:
a=
需要串联一个放大器
无源滞后校正装置:稳态输出相角滞后输入
传递函数:
特点:beta越大抑制噪声能力越强,适用于高精度,响应速度不高的系统
注意图像的正确运用
6.4频率法进行串联校正
超前校正:
原理:利用超前装置的正相角特性,增大系统的相角裕度,利用超前装置的幅频特性的正幅值来增大系统剪切频率,改善系统的稳定性与快速性。
特点:
不改变低频段的特性,即稳态误差不变
截止频率将变大,频带变宽,系统响应速度加快
校正后高频段幅值增加,抗干扰能力变差
适用范围:
适用于相角裕量小于期望值,开环剪切频率小于期望值,且中频段相角下降速度不大的系统,即补偿值<60度左右
滞后校正:
原理:
利用滞后校正装置高频段衰减特性,减少系统中频段幅值,使得系统剪切频率变小,挖掘系统自身相角储备,从而增大系统相角裕量。
特点:
牺牲响应速度提高系统相对稳定性,减小了系统超调量
一般不改变低频段的斜率,不影响动态性能的前提下,提高稳态精度
抑制高频干扰
适用范围:
适用于中频段相角急剧下降,开环剪切频率大于期望值,或开环剪切频率无要求的系统
超前滞后装置比较
运用超前校正的频带宽度大于滞后校正,导致系统响应超前比滞后快,但抗干扰能力差