自动控制原理 第6章PPT学习教案.pptx

【自动控制原理】第六章主要探讨的是控制系统的设计与校正，这是自动控制理论中的核心内容。控制系统校正是通过添加特定的校正装置来改善系统性能的过程。校正的基本概念是将系统分为“原有部分”（包含被控对象和基本控制器）和校正装置两部分，设计校正装置的目标是根据给定的原有部分和性能指标优化系统。 **校正的性能指标**包括三个方面： 1. **稳态精度**：静态位置误差系数Kp、静态速度误差系数Kv和静态加速度误差系数Ka衡量系统在稳态时的精度。较小的误差系数意味着更高的精度。 2. **稳定裕量**：相角裕量γ、增益裕度Kg、谐振峰值Mr、超调量σ和阻尼比ζ是衡量系统稳定性的重要指标。例如，γ通常希望在45°到60°之间，Kg至少为10dB，Mr介于1.1到1.4，σ小于25%，ζ在0.4到0.7之间。 3. **响应速度**：上升时间tr、调整时间ts、剪切频率ωc、带宽BW和谐振频率ωr反映系统的动态响应。更快的响应时间和更宽的带宽意味着系统能更快地适应变化。 **校正装置接入方式**主要有串联校正、局部反馈校正（或并联校正）以及串联反馈校正和前馈补偿（前馈校正）。串联校正常用于系统前向通道的低能量部位，而反馈校正可以改善被反馈包围环节的特性，抑制参数波动和非线性因素的影响。复合控制结合了前馈和反馈控制，适用于兼顾稳态误差和暂态响应的系统。 **控制规律**： 1. **比例(P)控制**：控制器Gc(s)=Kp仅改变信号增益，不影响相位。增加Kp可提高开环增益，减小稳态误差，但可能导致系统稳定性下降。 2. **比例-微分(PD)控制**：引入微分作用可以加快响应速度，减小超调，但可能导致系统不稳定。控制器形式为Gc(s)=Kp+Kd/s，其中Kd是微分增益。 3. **比例-积分(PI)控制**：积分作用消除稳态误差，控制器形式为Gc(s)=Kp+Ki/s，Ki是积分增益。 4. **比例-积分-微分(PID)控制**：结合了比例、积分和微分作用，是最常用的控制规律，可以同时改善稳态精度和动态响应。 在设计校正方案时，需要综合考虑各种因素，如系统结构、元件类型、信号性质、经济成本和设计师的经验。性能指标的选择应适度，过高可能会增加成本，并且在不同指标之间可能需要权衡取舍。控制系统校正是一个涉及多种方法和策略的复杂过程，目的是在满足性能需求的同时确保系统的稳定性和效率。