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系统的性能指标与校正

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(6-5)

与式(6-5)对应的幅频特性的表达式分别为:

(6-6)

(6-7)

其相应的极坐标如图6-5。由图可见,超前校正装置的极坐标是一个位于第一象限的半圆,

圆心坐标 ,半径为

,且有:

。从坐标原点到半圆作切线,它与正实轴的

夹角即为该校正装置的最大超前角

(6-8)

此最大超前角对应的频率可由式(6-7)得到。令 ,则有:

(6—9)

对式(6-6)的幅频特性取对数坐标,有:

根据式(6—7)、(6—10),可令 如图6—6所示。

(6-10)

,利用如下Matkab语句作出它的伯德图,

图6—6

alpha=0.1; T=1;

Gc=tf([T,1],[alpha*T,1]);

[x0,y0,w]=Bode(Gc);[x,y]=bode_asymp(Gc,w); subplot(211),semilogx(w,20*log10(x0(:)),x,y) subplot(212),semilogx(w,y0(:))

由式(6—7)可知,由于 ,因而当 时,校正网络的相位总是正值。这明输出信号在相位上总超前于输入信号一个角度,因而称该校正网络为超前校正。同时,由于当

一个高通滤波器。

比较图6-4和图6-5可见, 角

不大于

零点和极点的几何平均值。理论上,最大相位超前

不大于

。如果要得

;当

时,

,所以超前校正装置又是

,但实际上,一般超前校正网络的最大相位超前角

到大于 的相位超前角,可用两个超前校正网络相串联来实现,并在串联的两个网络之间加一隔离放大器,以消除它们之间的负载效应。 6.2.2 迟后校正

与超前校正相反,如果一个控制系统具有良好的动态性能,但其静态性能指标较差(如静态误差较大)时,则一般可采用迟后校正装置,使系统的开环增益有较大幅度的增加,而同时又可使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。 (一) 迟后校正装置

无源的迟后校正装置可由图6—7(a)构成,其传递函数为

(6—11)

式中 , 。

有源的迟后校正装置由图6-7(b),其传递函数为

(6-12)

式中,

等式右边负号可串联一反相器加以抵消,因而(6-12)可改

写为比例积分控制器PI的形式:

(6-13)

(二)迟后校正装置的极点及频率特性

由式(6-11)可分别得到该迟后校正装置的零、极点分布图(6—8)、极坐标图(6—9)、伯德图(6—10)

图6-8 图6-9

图6-10

图中 和

分别为Φ =arcsin

ω

=

比较超前校正装置和迟后校正装置可以发现,迟后校正装置具有如下特点: 1)输出相位总滞后于输入相位,这是校正中必须要避免的; 2)它是一个低通滤波器,具有高频率衰减的作用;

3)利用它的高频衰减作用(当 大相位裕量的目的。 6.2.3 迟后-超前校正 (一) 迟后-超前校正装置

),使校正后系统剪切频率 前移,从而达到增

上图构成了迟后-超前的无源和有源装置,无源校正装置的传递函数为:

(6-14)

上式中,令

同时,上式也可改写成如下形式:

,且令 。

(6-15)

其中前半部分起超前作用,后半部分起迟后作用。

同理,有源校正装置的传递函数为:

系统的性能指标与校正

(6-5)与式(6-5)对应的幅频特性的表达式分别为:(6-6)(6-7)其相应的极坐标如图6-5。
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