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自動控制系統的設計--基于根軌跡的串聯校正設計

作者: 時間:2012-03-17 來源:網絡 收藏
eight=22 src="/uploadfile/mndz/uploadfile/201203/20120317024023449.gif" width=14 align=absMiddle v:shapes="_x0000_i1518"> 點。相應的增益

校正后系統的開環傳遞函數為

相應的靜態速度誤差系數為: 。

比較未校正系統和校正后系統的根可見,校正后系統的 從0.8減到0.7,這意味著調整時間略有增加。如果對此不滿意,則可重新選擇希望閉環主導極點的位置,且使其 值略高于0.8。

圖6-23

6.4.3 遲后—超前校正
由上兩節的討論可知,超前校正主要用于提高系統的穩定裕度,改善系統的動態性能,而遲后校正則可以減少系統的穩態誤差。由此設想,若把這兩種校正結合起來應用,必然會同時改善系統的動態和靜態性能,這就是遲后—超前校正的基本思路。

當希望的閉環主導極點Sd位于未校正系統根的左方時,如只用單個超前網絡對系統進行校正,雖然也能使校正后系統的根通過Sd點,但無法使系統在該點具有較大的開環增益,以滿足靜態性能的需要。對于這種情況,一般宜采用遲后—超前校正。

設遲后—超前校正裝置的傳遞函數為

其中Gc1(s)起遲后校正作用,它使系統在Sd處的開環增益有較大幅度的增大,以滿足靜態性能的需要;Gc2(s)起超前校正作用,利用它所產生的相位超前角φc2使根軌跡向左傾斜,并通過希望的閉環主導極點Sd,從而改善系統的動態性能。

用根軌跡法進行遲后—超前校正的一般步驟為:

1)根據對系統性能指標的要求,確定希望閉環主導極點Sd的位置。

2)設計校正裝置的超前部分Gc2(s)。設計時要兼顧到既使Gc2(s)在Sd處產生的相位超前角φc2滿足Sd點的相角條件,又使Gc2(s)極點與零點的比值β足夠大,以滿足遲后部分使系統在Sd點的開環增益有較大幅度增大的需要。

3)根據所確定的β值,按遲后校正的設計方法去設計Gc1(s)。

4)畫出校正后系統的根軌跡。由根軌跡的幅值條件,計算系統工作在Sd處的靜態誤差系數。如果所求的值小于給定值,則需增大β值,應從步驟2)開始重新設計。

下面以實例說明這種校正的具體步驟。

例6—9 校正前該系統的開環傳遞函數為

要求校正后具有下列的性能指標:阻尼比 ;無阻尼自然頻率 ;靜態速度誤差系數 。試設計一遲后—超前校正裝置。

解(1)根據給定的性能指標,求出希望的閉環主導極點為

(2)設計校正裝置。超前部分 處應提供的超前角

的零點 ,以抵消原系統的一個開環極點。這樣設計不僅使校正后系統的階數降低,繪制根軌跡方便,而且一般易于實現希望閉環極點的主導作用。在圖6-24所示的s平面上,以 點為頂點,點 與-1點的連線為邊,向左作角 ,該角的另一邊與負實軸的交點 ,這就是所求超前部分的極點。由此可見, , 。

(3)經過超前部分校正后,系統的傳遞函數為

據此,作出相應的根軌跡,如圖6-24中的實線所示。根據根軌跡的幅值條件,求得系統工作在 點時的增益 ,對應的靜態速度誤差系數為

顯然, 不能滿足給定指標的要求,所要增大的倍數 應由遲后部分 來提供。由此可見,上述確定的β=4能滿足將靜態速度誤差系數提高3.35倍的要求。

(4)設計校正裝置的遲后部分 。

由點 向左作一條與線段 角的直線,此直線與負實軸交于 ,這就是所求 的零點,它的極點 。于是求得遲后部分的傳遞數為



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