CH5、控制系统综合与校正 在控制系统分析的基础上,可以进行控制系统的综合。 综合与设计问题,是在已知系统结构和参数(被控系统数 学模型)的基础上,寻求控制规律,使系统具有某种期望 的性能。按照传统方法,在原系统特性的基础上,将原 特性加以修正称为控制系统的校正。例如改变原系统根 轨迹的走向,使之满足给定的性能指标,修改原系统的 波得图使之成为希望的形状等都属于控制系统的校正内 容。当前控制理论的发展已经提出了许多现代化的系统 综合方法,例如最优控制、预测控制等。前述几种方法, MATLAB中都有专用的工具箱 本章简要介绍以下几个内容,即经典控制理论的系统校 正,状态空间基础上的极点配置方法,基于最优控制理 论的线性二次型最优模型等。 20212/23
2021/2/23 1 CH5、控制系统综合与校正 ➢ 在控制系统分析的基础上，可以进行控制系统的综合。 综合与设计问题，是在已知系统结构和参数(被控系统数 学模型)的基础上，寻求控制规律，使系统具有某种期望 的性能。按照传统方法，在原系统特性的基础上，将原 特性加以修正称为控制系统的校正。例如改变原系统根 轨迹的走向，使之满足给定的性能指标，修改原系统的 波得图使之成为希望的形状等都属于控制系统的校正内 容。当前控制理论的发展已经提出了许多现代化的系统 综合方法，例如最优控制、预测控制等。前述几种方法， MATLAB中都有专用的工具箱。 ➢ 本章简要介绍以下几个内容，即经典控制理论的系统校 正，状态空间基础上的极点配置方法，基于最优控制理 论的线性二次型最优模型等
第一节控制系统的一般校正方法 当被控对象给定后,设计一个实际的控制系统一般要确定: (1)根据所要求的被控信号的最大速度或速度等,初步选 择执行元件的形式、特性和参数。 (2)根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理 性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素,选择测量元件 (3)根据执行元件的功率要求,选择功率放大器;根据系 统设计增益的要求确定增益可调的前置放大器。 若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数,不能使得 系统性能指标满足要求,则要在系统中加入参数及特性可调 整的校正装置。 20212/23
2021/2/23 2 第一节 控制系统的一般校正方法 当被控对象给定后，设计一个实际的控制系统一般要确定： （1）根据所要求的被控信号的最大速度或速度等，初步选 择执行元件的形式、特性和参数。 （2）根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理 性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素，选择测量元件。 （3）根据执行元件的功率要求，选择功率放大器；根据系 统设计增益的要求确定增益可调的前置放大器。 若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数，不能使得 系统性能指标满足要求，则要在系统中加入参数及特性可调 整的校正装置
、校正方式 口系统校正主要是通过增加前向校正装置Gc(s)或者增加反 馈校正装置GH(s)实现的,又称为串联校正或反馈校正 联校正与反馈校正 R(S) 串联 被控 (S 松前置放大 功率放大 对象 反馈 校正 20212/23
2021/2/23 3 一、校正方式 ❑系统校正主要是通过增加前向校正装置Gc(s)或者增加反 馈校正装置GH(s)实现的，又称为串联校正或反馈校正。 串联校正与反馈校正 串联 校正 被控 对象 反馈 校正 前置放大、 功率放大 R(s) N(s) C(s)
、校正方法 (1)根轨迹法校正:系统设计指标为时域指标时宜用。 时域性能指标:单位阶跃响应的峰值时间、调节时间 超调量、阻尼比、稳态误差等; (2)频率法校正:系统设计指标为频域特征量时宜用。 频域性能指标:相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、 稳态误差等 在实际应用中频率法校正更加广泛 3)参考模型法校正:方便实用的校正方法 20212/23
2021/2/23 4 二、校正方法 （1）根轨迹法校正：系统设计指标为时域指标时宜用。 时域性能指标：单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、 超调量、阻尼比、稳态误差等； （2 ）频率法校正 ：系统设计指标为频域特征量时宜用。 频域性能指标：相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、 稳态误差等。 在实际应用中频率法校正更加广泛。 （3 ）参考模型法校正 ：方便实用的校正方法
频率响应法的校正装置设计方法: (1)相位超前校正:通过超前校正装置的相位超前特 性使校正系统获得希望的相位裕度; (2)相位滞后校正:通过压缩频带宽度使校正系统获 得希望的相位裕度 开环频率特性: 低频段表征闭环系统的稳态性能 中频段表征闭环系统的动态性能 高频段表征闭环系统的复杂程度和抑制噪声的能力 20212/23
2021/2/23 5 频率响应法的校正装置设计方法： （1）相位超前校正：通过超前校正装置的相位超前特 性使校正系统获得希望的相位裕度； （2）相位滞后校正：通过压缩频带宽度使校正系统获 得希望的相位裕度。 开环频率特性： 低频段表征闭环系统的稳态性能 中频段表征闭环系统的动态性能 高频段表征闭环系统的复杂程度和抑制噪声的能力