第六章控制系统的校正

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1、第六章控制系统的校正6-1系统的设计与校正问题常用校正装置及其特性一、教学目的和要求了解系统校正的作用，常用校正装置及其特性。二、重点、难点统的设计与校正问题；常用校正装置极其特性三、教学内容引入根据系统预先给定的性能指标，如何设计一个能满足性能要求的控制系统？1、系统的设计与校正问题校正：就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。工程实践中常用的校正方法，串联校正、反馈校正和复合校正。1.1控制系统的性能指标时域指标稳态型别、

2、静态误差系数动态超调、调整时间频域指标开环频率增益穿越频率、幅值裕度和相位裕度闭环频率谐振峰值、谐振频率两种指标通过近似公式可以进行的互换。（1）二阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值(6-1)谐振频率(6-2)带宽频率(6-3)截止频率(6-4)29相位裕度(6-5)超调量(6-6)调节时间(6-7)（2）高阶系统频域指标与时域指标谐振峰值(6-8)超调量(6-9)调节时间(6-10)1.2系统带宽的选择带宽频率是一项重要指标。既能以所需精度跟踪输入信号，又能拟制噪声扰动信号。在控制系统实际

3、运行中，输入信号一般是低频信号，而噪声信号是高频信号。如果输入信号的带宽为则(6-11)图6-1系统带宽的选择291.3校正方式串联校正一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联接于系统前向通道之中反馈校正接在系统局部反馈通路中前馈校正又称顺馈校正。单独作用于开环控制系统，也可作为反馈控制系统的附加校正而组成复合控制系统。复合校正在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成有机整体。(a)串联校正(b)反馈校正图6-2串联校正与反馈校正(a)前馈校正（对给定值处理）(b)前馈校正（对扰动的补偿）图

4、6-3前馈校正图(a)复合校正按扰动的复合控制方式29(b)按输入补偿的复合控制图6-4复合校正串联校正和反馈校正的应用场合、要求和特点串联校正串联校正装置有源参数可调整，运放加RC网络，电动（气动）单元构成的PID调节器。有源有放大器阻抗匹配，接在前向通路能量较低的部位。反馈校正不需要放大器，可消除系统原有部分参数波动对系统性能的影响，在性能指标要求较高的控制系统中，常常兼用串联校正和反馈校正。1.4基本控制规律（1）比例（P）控制规律提高系统开环增益，减小系统稳态误差，但会降低系统的相对稳定

5、性。图6-5P控制器图6-6PD控制器（2）比例-微分（PD）控制规律(6-12)PD控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个的开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。单独用微分也很少，对噪声敏感。29（3）积分（I）控制规律具有积分（I）控制规律的控制器，称为I控制器。(6-13)输出信号与其输入信号的积分成比例。为可调比例系数。当消失后，输出信号有可能是一个不为零

6、的常量。在串联校正中，采用I控制器可以提高系统的型别（无差度），有利提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生的相角滞后，于系统的稳定不利。不宜采用单一的I控制器。（4）比例-积分（PI）控制规律具有积分比例-积分控制规律的控制器，称为PI控制器。图6-7积分控制器I和PI控制器(6-14)输出信号同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。为可调比例系数，为可调积分时间系数。开环极点，提高型别，减小稳态误差。右半平面的开环零点，提高系统的阻尼程度，缓和PI极点对系统产生的

7、不利影响。只要积分时间常数足够大，PI控制器对系统的不利影响可大为减小。PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。（5）比例（PID）控制规律图6-8PID控制器具有积分比例-积分控制规律的控制器，称为PI控制器。29(6-15)(6-16)如果增加一个极点，提高型别，稳态性能。两个负实零点，动态性能比PI更具优越性I积分发生在低频段，稳态性能(提高)。D微分发生在高频段，动态性能(改善)。2、常用校正装置及其特性2.1无源校正网络1）无源超前网络(a)(b)图6-9无源超前网络图6-9为常用的

8、无源超前网络。假设该网络信号源的阻抗很小，可以忽略不计，而输出负载的阻抗为无穷大，则其传递函数为(6-17)采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降倍，因此需要提高放大器增益加以补偿，超前网络的零极点分布见图6-9(b)所示。由于故超前网络的负实零点总是位于负实极点之右，两者之间的距离由常数决定。可知改变29和T(即电路的参数)的数值，超前网络的零极点可在s平面的负实轴任意移动。画出对数频率特性如图6-10所示。显然，超前网络对频率在之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内