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1、自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 6.1 系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計步驟 1.根據(jù)用戶提出的性能指標(biāo)和被控對象的 具體工作環(huán)境 ， 根據(jù)條件進(jìn)行調(diào)研 、 查閱 技術(shù)資料 ， 確定合理的設(shè)計指標(biāo) ， 作為設(shè) 計的依據(jù) 。 2.初步確定控制方案 ， 如是用計算機(jī)控制 還是一般的模擬控制 ， 驅(qū)動方式是采用電 動的還是液壓氣動的 ， 完成系統(tǒng)的職能方 框圖 ， 寫出可行性方案論證報告 。 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 3. 具體進(jìn)行設(shè)計 根據(jù)初步確定的合理的設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行 總體設(shè)計 ， 合理地設(shè)計或選擇元部件 ， 尤 其是對測量元件的選擇要給予充分

2、的注意 。 組成系統(tǒng)后 進(jìn)行動 、 靜態(tài)分析計算 ， 同 時進(jìn)行計算機(jī)仿真 。 若不符合指標(biāo)要求 ， 則要進(jìn)行校正 ， 使其滿足指標(biāo)要求 。 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 4 實驗室原理性試驗 根據(jù)具體設(shè)計 ， 在實驗室建造系統(tǒng)的原 型機(jī) ， 并進(jìn)行試驗 。 按照試驗的結(jié)果調(diào)正修 改系統(tǒng)的部件中的有關(guān)參數(shù) ， 排除故障 ， 進(jìn) 一步完善具體設(shè)計 。 5 提交樣機(jī)通過技術(shù)鑒定 在實驗室試驗的基礎(chǔ)上 考慮到實際的 使用條件進(jìn)行樣機(jī)生產(chǎn) 。 再通過對樣機(jī)的試 驗考核 ， 鑒定其是否全面滿足設(shè)計指標(biāo) ， 基 本符合后才可決定小批量生產(chǎn) 。 經(jīng)過實際應(yīng) 用的考驗 ， 最后才能通過技術(shù)鑒

3、定 ， 投入小 批量生產(chǎn) ， 進(jìn)行定點實際應(yīng)用 。 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 調(diào)節(jié)時間 ts 超調(diào)量 p% 穩(wěn)態(tài)誤差 ess 靜態(tài)位置誤差系數(shù) Kp 靜態(tài)速度誤差系數(shù) Kv 靜態(tài)加速度誤差系數(shù) Ka 一、時域指標(biāo) 6.2 性能指標(biāo)與系統(tǒng)設(shè)計的基本思路 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 二、頻域指標(biāo) : 1閉環(huán)頻域指標(biāo) 峰值 Mr 峰值頻率 r 頻帶 b 2 開環(huán)頻域指標(biāo) 截止頻率 (穿越頻率 )c 相穩(wěn)定裕度 模穩(wěn)定裕度 Lh 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 三、各項指標(biāo)的關(guān)系 四、系統(tǒng)帶寬的選擇 五、校正方案 校正裝置 ：給系統(tǒng)加入一些具有

4、某種典型 環(huán)節(jié)特性的電網(wǎng)絡(luò)、模擬運算部件以及測 量裝置等，靠這些環(huán)節(jié)的配置來有效地改 善整個系統(tǒng)的控制性能，借以達(dá)到所要求 的性能指標(biāo)。這一加入的部件或裝置通常 稱為校正元件或校正裝置?？蓺w結(jié)為易于 實現(xiàn)的幾種類型（ 超前校正裝置 、 滯后校 正裝置 和 超前 -滯后校正裝置 ）。 結(jié)構(gòu)已 知，參數(shù)可調(diào)。工程上廣泛應(yīng)用 PID調(diào)節(jié)器 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 校正（連接）方式 ： 按照系統(tǒng)中校正裝置的 連接方式 ，可分為 串聯(lián)校正 、 反饋校正 、 前饋校正 、 復(fù)合校 正 四種。 串聯(lián)校正和反饋校正 (1)串聯(lián)校正和反饋校正 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校

5、正 前饋校正 (2)前饋校正 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 (4)復(fù)合校正 復(fù)合校正 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 六、 校正方法 （兩法都有經(jīng)驗成分） 1. 分析法（試探法） 首先由經(jīng)驗確定校正方案，然后由指標(biāo)選擇 易于實現(xiàn)的校 正裝置（類型）的參數(shù)，直到系統(tǒng)校正后滿足給定的全部 性能指標(biāo)。 該法的優(yōu)點是校正裝置簡單，可以設(shè)計成產(chǎn)品，例如，工 業(yè)上常用的 PID調(diào)節(jié)器等。因此，在工程上得到廣泛的應(yīng) 用。 2. 綜合法（期望特性法） 按性能指標(biāo)，構(gòu)造期望的數(shù)學(xué)模型，然后選擇校正裝置的 數(shù)學(xué)模型，使校正后的數(shù)學(xué)模型等于期望的數(shù)學(xué)模型。 該法雖然簡單，但得到的數(shù)

6、學(xué)模型一般比較復(fù)雜，在實際 應(yīng)用中有很大的限制。但，對校正裝置的選擇有很好的 指導(dǎo)作用。 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 6.3 基本控制規(guī)律（ PID算法） 在校正裝置中 ， 常采用比例 (P)、 微分 (D)、 積分 (I)、 比例微分 (PD)、 比例積分 (PI)、 比 例積分微分 (PID)等基本的控制規(guī)律 。 一、比例 (P)控制 具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控 制器 其特性和比例環(huán)節(jié)完全相同 ， 它 實際上是一個可調(diào)增益的放大器 。 傳遞函數(shù) p () () Xs K Es 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為 比例控制的作用： 1在系

7、統(tǒng)中增大比例系數(shù) Kp可減少系統(tǒng)的穩(wěn) 態(tài)誤差以提高穩(wěn)態(tài)精度。 2增加 Kp可降低系統(tǒng)的慣性，減小一階系統(tǒng) 的時間常數(shù)，改善系統(tǒng)的快速性。 3. 提高 Kp往往會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，甚 至?xí)斐上到y(tǒng)的不穩(wěn)定。 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 二、比例 微分 (PD)控制 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為 具有比例 微分控制規(guī)律的控制器稱為比 例微分控制器。 傳遞函數(shù) p () ( 1 ) () Xs Ks Es 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 PD控制器的作用： PD控制具有超前校正的作用 ， 能給出控制系 統(tǒng)提前開始制動的信號 ， 具有 “ 預(yù)見 ” 性 ， 能反應(yīng)偏差信號的變化

8、速率 (變化趨勢 )， 并 能在偏差信號變得太大之前 ， 在系統(tǒng)中引進(jìn) 一個有效的早期修正信號 ， 有助于增加系統(tǒng) 的穩(wěn)定性 ， 同時還可以提高系統(tǒng)的快速性 。 其缺點是系統(tǒng)抗高頻干擾能力差 。 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 三、積分 (I)控制 具有積分控制規(guī)律的控制器，稱為 I控制器。 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為 傳遞函數(shù) i() () KXs E s s 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 積分控制的作用： 1在串聯(lián)校正中，采用 I控制器可以提高系統(tǒng) 的型別，提高穩(wěn)態(tài)精度。 2增加了一個位于原點的開環(huán)極點對穩(wěn)定性 不利。 3. 一般不單獨采用。 自動控制原理 第六章 自動

9、控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 四、比例積分 (PI)控制 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 傳遞函數(shù) p i p ii 111 KXs TsK E s T s T s 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 PI控制器的作用： 在系統(tǒng)中主要用于在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定的 基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的型別，從而提高系統(tǒng)的 穩(wěn)態(tài)精度。 五、比例 積分 微分 (PID)控制 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 自動控制原理 第六章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 傳遞函數(shù) p i 11Xs Ks E s T s PID控制器的作用： PID具有 PD和 PI雙重作用 ， 能夠較全面地提 高系統(tǒng)的控制性能 。 PID控制器除了提高系 統(tǒng)型別之外 ， 還提供了兩個負(fù)實零點 ， 從 而較 PI控制器在提高系統(tǒng)的動態(tài)性能方面有 更大的優(yōu)越性 。 因此 ， 在工業(yè)控制設(shè)計中 ， PID控制器得到了非常廣泛的應(yīng)用 。