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自动控制原理06--控制系统设计与校正

时间:2018-12-20 20:46:03

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自动控制原理06--控制系统设计与校正

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

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