自動控制系統的設計--控制系統設計的基本思路

2021-01-08 電子產品世界

如前所述，一個單輸入單輸出的控制系統一般可化為圖6－1的形式，G0(s)是控制系統的不可變部分，即被控對象，H(s)為反饋環節。未校正前，系統不一定能達到理想的控制要求，因此有必要根據希望的性能要求進行重新設計。在進行系統設計時，應考慮如下幾個方面的問題：

（1） 綜合考慮控制系統的經濟指標和技術指標，這是在系統設計中必須要考慮的。

（2） 控制系統結構的選擇。對單輸入、單輸出系統，一般有四種結構可供選擇：前饋校正、串聯校正、反饋校正和複合校正，其框圖如圖6－2。考慮到串聯校正比較經濟，易於實現，且設計簡單，在實際應用中大多採用此校正方法，因此本章只討論串聯校正，典型的校正裝置有超前校正、滯後校正、滯後－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、機械的、液壓的和氣動的等形式，選擇的一般原則是根據系統本身結構的特點、信號的性質和設計者的經驗，並綜合經濟指標和技術指標進行選擇。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計方法。其思想方法同樣適用於其它類型的校正裝置設計。

（4） 校正手段或校正方法的選擇。究竟採用時域還是頻域方法，須根據控制系統性能指標的表達方式選擇。控制系統的性能指標通常包括動態和靜態兩個方面。動態性能指標用於反應控制系統的瞬態響應情況，它一般可用時域性能指標和頻域指標兩個方面：1）時域性能指標：調整時間ts 、上升時間tr 、峰值時間tp 和最大超調量
Mp等；2）頻域性能指標：開環指標包括相位裕量γ 、增益裕量Ag ；閉環指標包括諧振峰值Mr 、諧振頻率ωr 和頻帶寬度ωb等。

在進行系統設計時，若所使用的指標是時域指標，則一般宜用根軌跡法進行設計，使閉環系統的極點重新配置；若所使用的指標是頻域指標，宜用頻率法（如伯德圖或極坐標）進行設計。

最後需要指出，由於電子技術和計算機技術的發展，目前實際系統中大量採用的控制器是有源校正裝置，如典型的PID調節器，但正如下文大家將看到的，無源校正與有源校正儘管組成形式有差別，但它們的工作原理是相同的。


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