| 6.1 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本思路 |
如前所述,一個單輸入單輸出的控制系統(tǒng)一般可化為圖6-1的形式,G0(s)是控制系統(tǒng)的不可變部分,即被控對象,H(s)為反饋環(huán)節(jié)。未校正前,系統(tǒng)不一定能達(dá)到理想的控制要求,因此有必要根據(jù)希望的性能要求進(jìn)行重新設(shè)計。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時,應(yīng)考慮如下幾個方面的問題: (1) 綜合考慮控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo),這是在系統(tǒng)設(shè)計中必須要考慮的。 (2) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇。對單輸入、單輸出系統(tǒng),一般有四種結(jié)構(gòu)可供選擇:前饋校正、串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正,其框圖如圖6-2??紤]到串聯(lián)校正比較經(jīng)濟(jì),易于實現(xiàn),且設(shè)計簡單,在實際應(yīng)用中大多采用此校正方法,因此本章只討論串聯(lián)校正,典型的校正裝置有超前校正、滯后校正、滯后-超前校正和PID校正等裝置。 (3) 控制器或校正裝置的選擇。校正裝置的物理器件可以有電氣的、機(jī)械的、液壓的和氣動的等形式,選擇的一般原則是根據(jù)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的特點、信號的性質(zhì)和設(shè)計者的經(jīng)驗,并綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行選擇。本書我們以電氣校正裝置作為控制器,詳述有源和無源裝置的工作原理和設(shè)計方法。其思想方法同樣適用于其它類型的校正裝置設(shè)計。 (4) 校正手段或校正方法的選擇。究竟采用時域還是頻域方法,須根據(jù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的表達(dá)方式選擇??刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)通常包括動態(tài)和靜態(tài)兩個方面。動態(tài)性能指標(biāo)用于反應(yīng)控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)情況,它一般可用時域性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)兩個方面:1)時域性能指標(biāo):調(diào)整時間ts 、上升時間tr 、峰值時間tp 和最大超調(diào)量 Mp等;2)頻域性能指標(biāo):開環(huán)指標(biāo)包括相位裕量γ 、增益裕量Ag ;閉環(huán)指標(biāo)包括諧振峰值Mr 、諧振頻率ωr 和頻帶寬度ωb等。 在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時,若所使用的指標(biāo)是時域指標(biāo),則一般宜用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計,使閉環(huán)系統(tǒng)的極點重新配置;若所使用的指標(biāo)是頻域指標(biāo),宜用頻率法(如伯德圖或極坐標(biāo))進(jìn)行設(shè)計。 最后需要指出,由于電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,目前實際系統(tǒng)中大量采用的控制器是有源校正裝置,如典型的PID調(diào)節(jié)器,但正如下文大家將看到的,無源校正與有源校正盡管組成形式有差別,但它們的工作原理是相同的。
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