第六章自动控制系统的设计
第六章 自动控制系统的设计
第一节控制系统设计的基本思路 单输入单输出的控制系统: R( G。(s) C(S) H(S) G(s)和H(s)共同构成了控制系统的不可变部分。未校正前,系统 不一定能达到理想的控制要求,因此有必要根据希望的性能要求进 行重新设计 在进行系统设计时,必将面临如下几个方面的问题: (1)控制系统的经济指标和技术指标的平衡问题,这在系统设计中 是首先要解决的。 (2)控制系统结构的选择
第一节 控制系统设计的基本思路 － G (s) o H (s) R (s) C (s) 单输入单输出的控制系统： Go(s)和H(s)共同构成了控制系统的不可变部分。未校正前，系统 不一定能达到理想的控制要求，因此有必要根据希望的性能要求进 行重新设计。 ¾ 在进行系统设计时，必将面临如下几个方面的问题： (1) 控制系统的经济指标和技术指标的平衡问题，这在系统设计中 是首先要解决的。 (2) 控制系统结构的选择
第一节控制系统设计的基本思路 G(s R(s)8G(s)“G(s C(s R(S) (1)串联校正结构(2)输入补偿的复合校正结构 R(S R(S G 焖卡n( G2( Gc2(s)+ H (3)反馈校正结构 (4)串联、反馈校正结构 图6-2控制系统校正的几种方式
第一节 控制系统设计的基本思路 图6－2 控制系统校正的几种方式 + （4） 串联、反馈校正结构 － + （1） 串联校正结构 － + （3） 反馈校正结构 － （2） 输入补偿的复合校正结构 － + + + G (s) o H(s) ( ) 2 G s c R(s) ( ) 1 G s c C(s) G (s) o H(s) R(s) G (s) c C(s) G (s) o H(s) G (s) c R(s) C(s) C(s) G (s) o H(s) G (s) c R(s)
第一节控制系统设计的基本思路 (3)校正手段或校正方法的选择。 根据控制系统性能指标的表达方式选择时域或频域方法。 动态)〈静态 (a)时域性能指标:调整时间t、上升时间t,、峰值时间t,和最 大超调量σ等; (b)频域性能指标:开环指标包括相位裕量γ、增益裕量K;闭 环指标包括谐振峰值M、谐振频率@和频带宽度ω等 √若所使用的指标是时域指标,可采用根轨迹法进行设计 若所使用的指标是频域指标,宜用频率法(如伯德图或极 坐标)进行设计 (4)控制器或校正装置的选择,即具体的实现方式
第一节 控制系统设计的基本思路 (3) 校正手段或校正方法的选择。 根据控制系统性能指标的表达方式选择时域或频域方法。 动态 静态 (a)时域性能指标：调整时间ts、上升时间tr、峰值时间tp和最 大超调量σp等； (b) 频域性能指标：开环指标包括相位裕量γ、增益裕量Kg；闭 环指标包括谐振峰值Mr、谐振频率ωr和频带宽度ωb等。 9 若所使用的指标是时域指标，可采用根轨迹法进行设计 9 若所使用的指标是频域指标，宜用频率法（如伯德图或极 坐标）进行设计 (4) 控制器或校正装置的选择，即具体的实现方式
第二节串联校正装置的结构与特性 超前校正 ■超前校正的目的是改善系统的动态性能,以实现在系统静态性能 不受损的前提下,提高系统的动态性能。实现的方法是在系统的前 向通道中增加一超前校正装置。可见,超前校正的使用范围主要是 针对系统原有的静态性能基本满足要求,而动态性能不能满足设计 要求的系统。 .超前校正装置 R1+R2 s+ B U(S) 1 1+BTs BT R2 G(s) U1(s)B1+7s R,C T T R1+R2 R R 1+ ts s+ G(s=a R1+R2 1+aTs (a)无源校正装置 T=RC
第二节 串联校正装置的结构与特性 一 超前校正 超前校正的目的是改善系统的动态性能，以实现在系统静态性能 不受损的前提下，提高系统的动态性能。实现的方法是在系统的前 向通道中增加一超前校正装置。可见，超前校正的使用范围主要是 针对系统原有的静态性能基本满足要求，而动态性能不能满足设计 要求的系统。 T s T s Ts Ts U s U s G s i o c 1 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) + + = + + = = β β β 1 2 1 2 > + = R R R β 1 2 1 2 R R R R C T + = 1. 超前校正装置 R1 R2 Ui Uo (a) 无源校正装置 C T s T s Ts Ts G s c α α α 1 1 1 1 ( ) + + = + + = 1 1 2 2 < + = R R R α T = R1C