自动控制原理及应用
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开环放大倍数K的增大,可以使阻尼比ζ变小,从而降低斜坡信号作用下的稳态误差,但阻尼比的减小,却会使系统的超调量增大;对于具有死区、间歇和摩擦等非线性的系统,一般要采用高增益的放大器,但放大倍数K取得过大,将会降低系统的相对稳定性,甚至于使系统失去稳定。

因此为了改善二阶系统的性能,需要在系统结构中加入附加的装置,通过调节附加装置的参数来改善系统的暂态性能。这个加入的附加装置称为校正装置,这个过程称为对系统校正或称为系统综合。

改善二阶系统性能的常用校正方法主要有以下2种。

① 误差信号的比例微分控制(PI控制),如图3-17所示。

图3-17 二阶系统的比例微分控制

比例微分控制,实际上在前向通道上加入误差信号的“比例+微分”的控制器,简称为PI控制,控制器的传递函数为

则系统闭环传递函数为

,则闭环传递函数可改写为

  (3-29)

式中,z=

由分析可得到结论:第一,系统的等效阻尼比和无阻尼振荡频率都增加了,在合理选择KpTd后,等效阻尼比的增加,将会有效地抑制系统的振荡,减小超调量;第二,系统由典型的二阶系统变成为一个附加有一个零点的二阶系统。这个附加的零点,具有微分作用,可以使系统的暂态响应速度加快。

② 输出量的速度反馈控制(速度反馈校正),如图3-18所示。带有输出量的速度反馈控制的闭环传递函数为

图3-18 二阶系统的输出速度反馈控制

  (3-30)

等效阻尼比ζ'=ζ+Kfωn

分析结论:第一,带速度反馈的二阶系统仍然是典型二阶系统,其无阻尼振荡频率没有改变;第二,有效地提高了系统的阻尼比,系统的超调量可以明显减小;第三,由于ωn保持不变,而阻尼比增大,从而系统的调节时间ts变小,则系统的响应速度得到加快。