1、2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法问题提出从动态校正的需要来设计调节器伯德图工具原系统开环对数频率特性期望特性反复试凑简便实用的工程设计方法需要经验和技巧建立工程设计方法的可能性建立工程设计方法的可能性简便实用的工程设计方法系统近似为低阶系统精确实现控制率近似为典型低阶结构研究典型系统研究参数与性能指标的关系将实际系统校正成典型系统222nsnSK 标准型ndtpt%strt2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法一、工程设计方法的基本思路一、工程设计方法的基本思路第一步：选择调节器结构、确保第一步：选择调节器结构、确保稳稳定性，满定性，满 足所需的足所需的稳态误
2、差稳态误差sKsKKsGDIPc)(第二步：选择调节器参数、满足第二步：选择调节器参数、满足动态动态性能性能指标指标DIpKKKdtptstrt%二、典型系统二、典型系统2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法)1sT)(1sT(s)1s)(1s(K)s(GH21v21 （一）典型（一）典型I型系统型系统)1Ts(sK)s(GH 中频段以中频段以20dB/dec的斜率穿越零分贝线的斜率穿越零分贝线T1c 1Tc 即即Kc 相角裕度相角裕度 45Tarctg90Tarctg90180cc （二）典型（二）典型IIII型系统型系统2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法)1
3、Ts(s)1s(K)s(GH2 中频段以中频段以-20dB/dec的斜的斜率穿越零分贝线率穿越零分贝线TT11c 相角裕度相角裕度TarctgarctgTarctgarctg180180cccc 三、控制系统的动态性能指标三、控制系统的动态性能指标2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法（一）跟随性能指标（一）跟随性能指标阶跃响应阶跃响应1.上升时间上升时间2.超调量超调量3.调节时间调节时间rt st（二）抗扰性能指标（二）抗扰性能指标2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法1.动态速降动态速降2.恢复时间恢复时间%Cmax vt%100CC%C1maxmax%)(5
4、CCtcb2v四、典型四、典型I I型系统参数和性能指标的关系型系统参数和性能指标的关系2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法T已知，K是唯一的待定参数是唯一的待定参数T1c 即即 KT2,K2为控制对象放大倍数为控制对象放大倍数若要校正成若要校正成I型，调节器必须具有一个型，调节器必须具有一个积分积分环环节，并带有一个节，并带有一个比例微分比例微分环节，以便对消掉控环节，以便对消掉控制对象中的一个制对象中的一个惯性惯性环节。环节。)1Ts(sK)s(GH 选用选用PI调节器调节器s1sK)s(G11pipi 1.控制对象是双惯性型六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理2-32
5、-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法)1sT)(1sT(K)s(G212obj 若要校正成若要校正成I型，调节器必须具有一个型，调节器必须具有一个积分积分环节，并带有一个环节，并带有一个比例微分比例微分环节，以便对消掉控制对象中的一个环节，以便对消掉控制对象中的一个惯性惯性环节。环节。)1Ts(sK)s(GH 选用选用PI调节器调节器s1sK)s(G11pipi 校正后系统校正后系统)1sT)(1sT(Ks1sK)s(G)s(G)s(G21211piobjpi 取取11T 使两个环节对消使两个环节对消并令并令K/KK12pi 则则)1sT(sK)s(G2 2.控制对象为一积分双惯性环节
6、六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法)1sT)(1sT(sK)s(G212obj )1Ts(s)1s(K)s(GH2 选用选用PID调节器，校正成调节器，校正成II型系统型系统s)1s)(1s()s(G21pid 令令11T 对消对消与与)1sT/(1)1s(11 则则)1sT(s)1s(K)s(G)s(G)s(G2222objpid 课堂习题有一系统，其控制对象的传递函数为有一系统，其控制对象的传递函数为1s01.0101sK)s(G1obj 要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量小于统超调
7、量小于5，试对系统进行动态校正，试对系统进行动态校正，决定调节器的结构，并选择其参数决定调节器的结构，并选择其参数答案答案因因%5%所以设计成所以设计成I型系统型系统需增加一积分环节，采用积分调节器需增加一积分环节，采用积分调节器sK)s(Gii)1Ts(sK)s(GH 则开环传递函数则开环传递函数)1s01.0(sK10)s(G)s(G)s(Giobji 课堂习题有一系统，其控制对象的传递函数为有一系统，其控制对象的传递函数为1s01.0101sK)s(G1obj 要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量小于要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量小于5，试对系统进行动态校正，决
8、定调节器的结构，并选择其，试对系统进行动态校正，决定调节器的结构，并选择其参数参数答案答案因因%5%所以设计成所以设计成I型系统型系统需增加一积分环节，采用积分调节器需增加一积分环节，采用积分调节器sK)s(Gii)1Ts(sK)s(GH 则开环传递函数则开环传递函数)1s01.0(sK10)s(G)s(G)s(Giobji 50010K10i.5Ki由由得得（二）小惯性环节近似处理2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理若系统开环传递函数若系统开环传递函数)1sT)(1sT)(1sT(s)1s(K)s(G321 其中，其中，T2、T3是小时
9、间是小时间常数，常数，T1T2、T31sTT11sTTsTT11sT1sT1323223232)()()(32cTT131 近似条件近似条件（二）小惯性环节近似处理2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理若系统有三个小惯性环节若系统有三个小惯性环节)1)(1)(1(1432 sTsTsT244332cTTTTTT131 近似条件近似条件近似处理的办法是近似处理的办法是结论：当系统有结论：当系统有多个多个小惯性环节时，在一定条件下，小惯性环节时，在一定条件下，可以将它们近似成可以将它们近似成一个一个小惯性环节，其时间常数等于小惯性环节，其时间常
10、数等于原系统各原系统各小时间常数之和。小时间常数之和。1)(1432 sTTT（三）高阶系统的降阶处理2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理1)(23 csbsasKsG近似条件近似条件abcacb131c),min(1 csK（四）大惯性环节近似处理六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理2-32-3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法Ts11Ts1 若系统开环传递函数为若系统开环传递函数为)1sT)(1sT(s)1s(K)s(G21a 其中，其中，21TT 且且1/T1c,处于低频段处于低频段大惯性环节改成积分环节，则开环传递函数大
11、惯性环节改成积分环节，则开环传递函数)1sT(sT)1s(K)s(G221b 差别只在差别只在低低频段，频段，对系统对系统动态动态影响不大影响不大课题习题调节对象的传递函数调节对象的传递函数)1s005.0)(1s25.0(18)s(Gobj 要求用要求用PI调节器将其校正成典型调节器将其校正成典型I型和型和II型系统，型系统，求调节器参数。求调节器参数。答案答案I型：设型：设s1sk)s(G11pipi 令令25.01 开环传递函数开环传递函数)200s(sk200418)1s005.0(s25.018k)s(G)s(G)s(Gpipiobjpi 707.0k1202200k14400pip
12、in 39.1707.012100k2pi s25.01s25.039.1)s(Gpi 课题习题调节对象的传递函数调节对象的传递函数)1s005.0)(1s25.0(18)s(Gobj 要求用要求用PI调节器将其校正成典型调节器将其校正成典型I型和型和II型系统，求调节器参数。型系统，求调节器参数。答案答案II型：设型：设s1sk)s(G11pipi 令令025.0005.05hT21 开环传递函数开环传递函数).(.).()()()(1s0050s0250s250181s0250ksGsGsGpiobjpi671kpi.s02501s0250671sGpi.)(2222pi00505215Th21h250025018k.)1005.0(25.018)(sssGobj
