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第七章系统的设计与校正 《控制工程基础》高等教育出版社.ppt

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控制工程基础控制系统的校正课件

控制工程基础控制系统的校正课件

加强自适应校正技术的 研究，提高系统在复杂 环境中的适应性和稳定
性。
推动控制工程与其他学 科的交叉融合，为控制 系统校正引入更多的创 新思路和技术手段。
THANKS
感谢您的观看
07
结论与展望
结论总结
控制系统校正的重要性
通过校正可以改善控制系统的性能，提高系统的稳定性和精度。
校正方法的应用
在实际工程中，应根据系统的具体要求和特点选择合适的校正方法 。
校正效果的评价
采用仿真和实验手段对校正后的系统进行评估，以验证校正方法的 有效性。
展望未来发展趋势
智能控制技术的发展
随着人工智能和机器学习技术的不断 进步，智能控制方法在控制系统校正
滞后校正应用
适用于具有较小滞后和高频噪声干扰的系统，如 电子放大器、测量仪器等。
超前-滞后校正
超前-滞后校正网络
01
将超前校正网络和滞后校正网络组合使用，实现系统全频段性
能优化。
超前-滞后校正特点
02
可以兼顾系统的稳定性和快速性，减小超调量和调节时间，提
高系统的动态性能和稳态精度。
超前-滞后校正应用
比例微分校正
比例微分校正可以改善系统的动态性能，提高系统的 快速性。同时，微分作用还可以减小系统调节时间， 使系统更快地达到稳态。
06
校正方法的选择与 实施
校正方法的选择原则
性能指标要求
根据系统性能指标要求，选择适合的校正方 法。
系统稳定性
考虑校正方法对系统稳定性的影响，选择能 够提高系统稳定性的校正方法。
性。
实例二：滞后校正的应用
滞后校正原理
通过增加相位滞后环节，降低系统高频段的增益，提高系统抗高 频干扰能力。

七章控制系统的综合与校正ppt课件

七章控制系统的综合与校正ppt课件
式中 T=R1R2C/(R1+R2) ɑ=(R1+R2)/R2>1
C1
R1
Ui
R2
Uo
图6－5无源超前网络
11
由式(6-1)可看出，无源超前网络具有幅值衰减作用，衰减系数为 1/α。如果给超前无源网络串接一放大系数为α的比例放大器，就 可补偿幅值衰减作用。此时，超前网络传递函数可写成：
G(S)=(1+αTS)/(1+TS)
9
常用校正装置及其特性
(1)超前校正网络 (2)滞后校正网络 (3)滞后-超前校正网络 常用无源校正网络表(6-1)
10
(1)超前校正网络
复阻抗Z1=(1/R1+CS) -1 =R1/(1+R1CS)
Z2=R2
网络的传递函数 G(S)=Z2/(Z1+Z2)
=(1+ɑTS)/ɑ(1+TS) (6-1)
（6-6） T=(R1+R2)C b=R2/(R1+R2)<1
R1
Ui
R2
Uo
C
图6-10 无源滞后网络
16
滞后网络零、极点在S平面上的分布（图6-11）
向量zs和ps与实轴正方向的夹角的差值小于零，
jω
即
φ= φz－φp<0
S
这表明滞后网络具有相位滞后作用。
用s=jω代入式（6-6），得到滞后 网络的频率特性
反馈校正是由高能量向低能量部位传递信号，校正装置本身不需要 放大元件，因此需要的元件较少，结构比串联校正装置简单。由于上述 原因，串联校正装置通常加在前向通道中能量较低的部位上，而反馈校 正则正好相反。从反馈控制的原理出发，反馈校正可以消除校正回路中 元件参数的变化对系统性能的影响。因此，若原系统随着工作条件的变 化，它的某些参数变化较大时，采用反馈校正效果会更好些。

CH7_控制系统的性能分析和校正(1)

CH7_控制系统的性能分析和校正(1)

L(ω)
[− 40] [− 20]
ωc
高频区伯德图 呈很陡的斜率下降，有利于 降低高频躁声。 但高频段有多个小惯性环节， 将对高阶模型系统的相位裕度产生不利影响， 使原来的相角裕度
0 ω 2
高频区 ω3 ω4ω5ω6 小 参 数 区
ω
γ 2 =180 +ϕ(ωc ) = arctgωcT2 − arctgωcT3 变成 γ 2 = arctgωcT2 − arctgωcT3 − arctgωcT4 − arctgωcT5 − arctgωcT6
顺馈校正
Gr (s)
补偿器放在 系统回路之外
Xi (s)
-
E(s)
G(s)
Xo (s)
不影响特征方程，只补偿由于 输入造成的稳态误差。
干扰补偿
当干扰直接可测量时
Xi (s)
-
E(s)
Y (s)
Gn (s )
N(s)
G1(s)
G2 (s)
Xo (s)
不影响特征方程，只补偿由于 干扰造成的稳态误差。
L(ω)
[− 40] [− 20]
ωc
0 ω 2
1 TΣ
高频区 ω3 ω4ω5ω6 小 参 数 区
ω
当 足 ωcT3 < 1, ωcT4 << 1, 满 ：
ωcT5 << 1, ωcT6 << 1
则 认 可 为
K(T2s + 1) 此时：G(s) ≈ 2 s (TΣs +1)
1 TΣ = (T3 + T4 + T5 + T6 ), 且 ≥ 2ωc TΣ
L(ω)
[− 40] [− 20]

控制工程基础系统的综合与校正课件

控制工程基础系统的综合与校正课件
应用
复合校正广泛应用于各种复杂控制系统，如飞机控制系统 、化工过程控制系统等，能够提高系统的稳定性和鲁棒性 ，同时降低系统的能耗和成本。
04 控制系统实例分 析
水箱液位控制系统
总结词
详细描述
数学模型
简单、实用、非线性
水箱液位控制系统是一种常见的控制 工程应用实例，它具有简单、实用的 特点。该系统由一个水箱、一个液位 传感器和一个水泵组成。液位传感器 负责检测水箱中的液位高度，并将信 号传递给水泵，水泵根据信号调整水 流量，从而控制液位高度。
反馈
将系统的输出信号反馈到 输入端，与输入信号一起 作为控制器的输入，从而 对系统进行闭环控制。
系统的性能指标
稳定性
控制系统在受到扰动后能否回到稳定状态的能 力。
快速性
控制系统达到设定值的速度以及跟踪设定值变 化的速度。
准确性
控制系统的输出与设定值的偏差大小。
02 系统的综合方法
根轨迹法
根轨迹法的定义
结构
反馈校正的结构包括比较器、控制器和执行器，比较器用于比较期望输出与实际输出之间的误差，控制器根据误差调 整控制信号，执行器则根据控制信号调整系统的输出。
应用
反馈校正广泛应用于各种控制系统，如温度控制、速度控制、位置控制等，能够有效地提高系统的稳定 性和精度。
前馈校正
01
定义
前馈校正是一种基于系统输入前馈的校正方法，通过预测系统的输入变
化，以实现对系统的超前控制。
02 03
结构
前馈校正的结构包括前馈器、控制器和执行器，前馈器用于预测系统输 入的变化趋势，控制器根据前馈信号调整控制信号，执行器则根据控制 信号调整系统的输出。
应用
前馈校正主要用于处理具有较大延迟和较大惯性系统的控制问题，如电 力系统的负荷预测和控制，能够提高系统的响应速度和稳定性。

控制工程基础清华大学PPT课件

控制工程基础清华大学PPT课件
第38页/共40页
本章作业（p15~16)
1-1， 1-2 选做：1-6
第39页/共40页
感谢您的观看。
第40页/共40页
第33页/共40页
•本课程讲授39学时（包括课堂讨论）， 实验9学时（另限人数开设后续实验课） •本教材主要涉及经典控制理论部分，对 现代控制理论只作简单涉及，现代控制 理论的主要内容将在研究生课程中讲授。 • 作业 • 考试
第34页/共40页
主要教材
董景新、赵长德、熊沈蜀、郭美凤
控制工程基础(第二版)
第20页/共40页
神州五号载人航天成功（中国，2003年）
第21页/共40页
勇 气 号 、 机 遇 号 火 星 探 第22页/共40页 测 器 （ 美 国 ， 2004
“作为技术科学的控制论，对工
程技术、生物和生命现象的研究和经济
科学，以及对社会研究都有深刻的意义，
比起相对论和量子论对社会的作用有过
第9页/共40页
维纳，MIT教授，曾 于1936年到清华大学任 访问教授。早期进行模 拟计算机研究，二战期 间参与火炮控制研究， 提炼出负反馈概念。
1948年，维纳所著 《控制论》的出版，标 志着这门学科的正式诞 生。
第10页/共40页
Hale Waihona Puke 控制论的奠基人 美国科学家维纳 （Wiener,N.， 1894~1964）
第14页/共40页
第一颗人造卫星（苏联，1957年）
第15页/共40页
第一颗载人飞船（苏联，1961年）
第16页/共40页
人类首次登上月球（美国，1969年）
第17页/共40页
首架航天飞机（美 第18页/共40页 国，1981年）

控制工程基础课件第七章 系统的稳定性

控制工程基础课件第七章 系统的稳定性

s3 s2 s1 s0
2T T+2 T +2 1 K
T +2 K
1+K K 2TK 0
若使系统稳定，还必须使 劳斯数列中第一列元素均 大于零，满足稳定的充分 条件，因此有
TT++22＞01 K
T +2
2TK
＞0
解得
T0＜＞K- ＜2 TT
+2 2
第三节 乃奎斯特稳定判据
乃奎斯特稳定判据：又称频域法判据，它 是根据开环频率特性来判断闭环系统的稳定 性，同时还可以得知系统的相对稳定性及指 出改善系统稳定性的途径。
例5－2 已知系统的特征方程为D s s5 2s4 2s3 4s2 11 10 0 用劳斯判据判断系统的稳定性。
解 (1) 该系统特征方程的系数不缺项且均同号，满足系 统稳定的必要条件。
(2) 劳斯列表如下
s5 s4 s3 s2
1 2
4 -12 12
2 4 6
10
s1 6 0
11 10 0
(a0sn a1sn1 ... an1s an ) X o (s) M0 (s) (b0sm b1sm1 ... bm1s bm ) Xi (s) N0 (s)
X0
s
M s Ds
Xi
s
N s Ds
式中
M s b0sm b1sm1 bm1s bm ; D s a0sn a1sn1 an1s an ; N s 与初始条件有关的s多项式。
稳定的摆
不稳定的摆
扰动去除后系统的输出：
1：回到原来的平衡状态------稳定 2：发散的震荡------不稳定 3：持续震荡------不稳定（临界稳定） 4：达到新的平衡状态-----（临界稳定）

控制理论基础 课件 第七章 控制系统的综合和校正

控制理论基础 课件 第七章 控制系统的综合和校正
机械控制工程基础
第七章 控制系统的综合和校正
机械控制工程基础
任课教师：伍新
湖南工程统的综合和校正
第七章 控制系统的综合和校正
7.1 7.2 7.3 7.4 系统设计概述 希望频率幅频曲线 三频段 PID控制与校正网络 控制系统串联校正装置的设计 综合法、分析法 7.5 控制系统反馈校正装置的设计 定义、与串联校正的比较、综合法 7.6 复合控制
Kp<1
对系统性能的 影响正好相反。 ！比例控制器实质是一 种增益可调的放大器
湖南工程学院机械工程学院
机械控制工程基础
第七章 控制系统的综合和校正
PD控制
U (s) Gc ( s) K p Td s E ( s)
微分控制具有预测特性。 Td 就是微分控制作用超前于比例控制作 用效果的时间间隔。
G(s) 0 () 0 180º 1 =0 G(s)/K c1 c
!!大多数情况下，只调整增益不能使系统的性能 得到充分地改变，以满足给定的性能指标。
湖南工程学院机械工程学院
机械控制工程基础
第七章 控制系统的综合和校正
控制系统的设计任务： 根据被控对象及其控制要求，选择适当的控 制器及控制规律设计一个满足给定性能指标的控 制系统。 校正(补偿)：通过改变系统结构，或在系统中增加 附加装臵或元件对已有的系统（固有部分）进行 再设计使之满足性能要求。
c ( ) arctanTd
转折频率1=Kp/Td 预先作用抑制阶跃响应的超调 缩短调节时间 抗高频干扰能力
湖南工程学院机械工程学院
机械控制工程基础
第七章 控制系统的综合和校正
PD控制通过引入微 分作用改善了系统的 动态性能
高频段增益上升，可 能导致执行元件输出 饱和，并且降低了系 统抗干扰的能力； 相位裕量增加，稳定 性提高； c增大，快速性提高 Kp＝1时，系统的稳 态性能没有变化。 BUT：微分控制仅仅在 系统的瞬态过程中起作 用，一般不单独使用。

过程控制基础系统的设计与校正共56页PPT

过程控制基础系统的设计与校正共56页PPT
过程控制基础系统的设计与校正
51、山气日夕佳，飞鸟与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
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的稳定性不利。因此，I控制器一般不宜单独使用。
page 11
机电工程学院
第七章 系统的设计与校正
（4）比例—积分控制规律（PI）
R(s)
E(s)
K
p
(1
1 T is
)
M (s)
控
B(s)
制
工
图7-1-7 PI控制器
程
基 础
其输入-输出关系为
m(t)
K
pe(t)
Kp Ti
t
e(t)dt
0
（7-1-4）
础
page 4
机电工程学院
第七章 系统的设计与校正
1.串联校正 校正装置一般接在系统的前向通道中。
R(s)
控 制 工
程
基 校正装置传递
础
函数
Gc (s)
G(s)
H(s)
图7-1-1 串联校正
C(s)
page 5
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第七章 系统的设计与校正
2.反馈校正
校正装置反并接在前向通道中的一个或 几个环节两端，形成局部反馈回路。
(R1
R2Cs 1 R2 )Cs
1
制
工 程 基
T R2C
R1 R2 1
R2
础
1 TS
Gc (s) 1 TS
图7-2-4 无源滞后校正装置 （7-2-4）
(c ) arctg(T) arctg(T) （7-2-5）
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第七章 系统的设计与校正
L()(dB)
1
T
1
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第七章 系统的设计与校正
主要内容
第一节 系统设计与校正概述
控
制
第二节 常用校正装置及其特性
工
程 基
第三节 串联校正
础
第四节 PID校正器的设计
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第七章 系统的设计与校正
第一节 系统设计与校正概述
1、系统的分析:
给定了控制系统的结构和参数,采用时域分析法或根
轨迹法或频域分析法,通过计算或作图求的系统可以实
图7-1-3 复合校正(a)
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第七章 系统的设计与校正
N(s)
Gc (s)
控 制
R(s)
G1(s)
G2 (s)
C(s)
工
程
H(s)
基
础
图7-1-3 复合校正(b)
page 8
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第七章 系统的设计与校正
三、线性系统的基本控制规律
（1）比例控制规律（P）
R(s)
机电工程学院
L()
20lga
20 dB dec
第七章 系统的设计与校正
控 制
10lga
工 程
1
m
1
基
T
T
础
()
900
(m)
00
m
图7-2-3 无源超前网络 1 的Ts伯德图 1 Ts
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第七章 系统的设计与校正
3.滞后校正装置
该装置传递函数为
控
Gc
(s)
Uc Ur
(s) (s)
控 制
现的性能。
工 2、系统的综合与校正：
程
基 础
系统除了稳定外，还必须按照给定的性能指标进行
工作。若系统不能全面的满足所要求的性能指标，则
要对原系统增加一些必要的环节，使系统能够全面满
足所要求的性能指标。从逻辑上讲，系统的综合与校
正是系统分析的逆问题。
page 2
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第七章 系统的设计与校正
（3）积分控制规律（I）
R(s)
E(s)
Ki
s
比例系数
B(s)
控
可调
制
图7-1-6 I控制器
工
程 其输入-输出关系为
基
础
t
m(t) Ki
e(t)dt
0
M (s) （7-1-3）
在串联校正中，积分控制器可使原系统的型号提高（无差
度v 增加），提高系统的稳态性能。但积分控制使系统增加
了一个在原点的开环极点，使信号产生 90的相位滞后，对系统
该装置传递函数为
G(s) Uc (s)
R2
控 制
Ur (s)
R2
R1
//
1 Cs
工 程 基
a R1 R2 1 T R1R2 CR2R1 R2础Gc(
s)
G(s)
1 Ts
1 Ts
图7-2-2 无源超前装置 （7-2-2）
(c ) arctg(T) arctg(T) （7-2-3）
page15
PI控制器主要用来改善系统的稳态性能。
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第七章 系统的设计与校正
（5）比例—积分—微分控制规律（PID）
R(s)
E(s)
K
p
(1
1 T is
s)
B(s)
控
制 工
图7-1-8 PID控制器
程 基
其输入-输出关系为
础
m(t)
K pe(t)
Kp Ti
to
e(t)dt
K p
de(t) dt
工
可调
图7-1-5 PD控制器
程
基 础
其输入输出关系为
m(t)
K pe(t)
K p
de(t) dt
M (s)
微分时间常数 可调
（7-1-2）
PD控制器的微分作用能反应输入信号的变化趋势，即可产
生早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的
稳定性。
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第七章 系统的设计与校正
m T
控 本节将主要介绍常用的无源校正装置及其特性。
制
工 无源校正装置一般有以下几种形式:
程
基 础
1.无相移校正装置（比例控制器）
u1
无相移校正装置的传递函数为
R1
Gc (s) K (K 1) （7-2-1） ur
R2
uc
u2
图7-2-1 分压器电路
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第七章 系统的设计与校正
2.相位超前校正装置
一、系统的性能指标
控 制 工 程
时域性能指标
瞬态性能指标 td , tr , t p , M p , ts
稳态性能指标 ess
基 础
频域性能指标 , h,r , M r ,b , 0 ~ b
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第七章 系统的设计与校正
二、校正的基本方式
控 制 工
串联校正 反馈校正
程
基
复合校正
R(s)
控 制 工 程 基 础
G1(s)
C(s)
G2 (s)
Gc (s)
H (s)
图7-1-2 反馈校正
校正装置传递 函数
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第七章 系统的设计与校正
3.复合校正 反馈控制回路中，加入前馈校正通路。
Gc (s)
控 制 工 程
R(s)
G1(s)
G2 (s)
C(s)
基 础
H(s)
E(s) K p
M (s)
控
制
B(s)
工
程
基
图7-1-4 P控制器
础
控制器的输出信号成比例的反映输入信号，其传递关系可
表示为
m(t) K pe(t)
（7-1-1）
比例系数
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第七章 系统的设计与校正
（2）比例—微分控制规律（PD）
B(s)
E(s)
E(s)
B(s)
控 制
比例系数
M (s) （7-1-5）
在工业控制系统中，广泛使用PID，可以在提高系统稳态
性能的同时，提高系统的动态性能。
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机电工程学院
第七章 系统的设计与校正
第二节 常用校正装置及其特性
校正装置可以是电气的，也可以是机械的﹑气动
的及液压的等。由于电气元件具有体积小﹑质量轻﹑
调整方便等特点，在工业控制系统中占主导地位。