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1、自动控制原理及应用第5章自动控制系统的校正辽阳职业技术学院机电工程系王彦良大纲要求理解自动控制系统的校正概念、校正方法的分类，重点掌握各种串联校正装置的特点、校正装置参数的确定方法。能应用MATLAB软件仿真功进行自动控制系统的校正。第5章自动控制系统的校正5.1校正及校正装置简介5.2串联校正5.3反馈校正5.4复合校正本章小结习题系统的校正，是与系统分析相反的问题，即从工程实际出发，预先规定系统应达到的性能指标，根据控制对象合理确定控制装置的结构和参数，使系统满足给定的性能指标要求。5.1校正及校正装置简介5.1.1校正的

2、基本概念及校正方法的分类5.1.2校正装置简介5.1.1校正的概念及校正方法的分类校正的基本概念当调整系统的参数不能同时满足对系统的各项性能指标要求时，则可以在系统中附加一些装置，改变系统的结构，从而改善系统的性能，使之满足工程要求，这种措施称为系统的校正，所引入的装置称为校正装置。校正方法的分类校正方法一般分为串联校正、反馈校正和复合校正。串联校正串联校正反馈校正复合校正5.1.2校正装置简介为改善系统性能所增加的装置称为校正装置或校正环节。校正装置可以是电气的、机械的，或由其他物理形式的元部件所组成。电气的校正装置可分为无

3、源和有源两种。常见的无源校正装置有校正网络、微分变压器等。在使用这种校正装置时，应特别注意它与前、后级部件间的阻抗匹配问题，否则，将难以取得较好的校正效果。有源校正装置通常是指由运算放大器、电阻、电容所组成的各种调节器。有源校正装置一般能与系统中的其他部件较好地实现阻抗匹配，用起来更加方便。在以下的校正方法中具体介绍。5.2串联校正5.2.1串联超前校正5.2.2串联滞后校正5.2.3串联滞后－超前校正5.2.1串联超前校正1.超前校正装置(1)无源超前校正装置(2)有源超前校正装置2.超前校正装置的设计3.超前校正举例4.超

4、前校正特点(1)无源超前校正装置校正装置的放大倍数1/α<1，这将会影响到系统的稳态精度，因而一般再增加一个放大倍数为α的放大环节，这样校正装置的传递函数为(2)有源超前校正装置2.超前校正装置的设计（1）根据系统稳态精度指标的要求，确定系统开环增益K。（2）根据确定的开环增益K，绘制原系统的伯德图,并确定其相位裕量。（3）根据性能指标要求的相位裕量γ’和实际系统的相位裕量γ，确定校正装置的最大超前相角φm，即φm=γ’-γ+Δ其中,Δ是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统的穿越频率增大而带来的相位滞后量。如果原系统的开环对数

5、幅频特性在穿越频率处的斜率为-40dB/dec，则Δ取值为5°～12°；如果在处的斜率为-60dB/dec,则Δ取值为15°～20°。（4）根据所确定的φm，计算出α值。（5）在原系统对数幅频特性曲线上找到幅频值为-10lgα的点，选定对应的频率为超前校正装置的ωm，也就是校正后系统的穿越频率ωc’。（6）根据选定的确定校正装置的转折频率,并画出校正装置的伯德图。校正装置的两个转折频率为（7）画出校正后系统的伯德图，并校验系统的相位裕量是否满足要求。如果不满足要求，则增大Δ值。从步骤（3）开始重新计算。3.超前校正举例设某系统

6、结构如图所示，要求系统的速度误差系数Kv≥20，相位稳定裕量γ’>40°,为满足系统性能指标的要求，试设计超前校正装置的参数4.超前校正特点(1)超前校正主要针对系统频率特性的中频段进行校正，使校正后对数幅频特性曲线的中频段斜率为-20dB/dec，并有足够的相位裕量。(2)超前校正会使系统的穿越频率增加，这表明校正后系统的频带变宽，动态响应速度变快，但系统抗高频干扰的能力也变差。(3)超前校正很难使原系统的低频特性得到改善，若想用提高增益的办法使低频段上移，则由于整个对数幅频特性曲线的上移，将使系统的平稳性变差，抗高频噪声的

7、能力也将被削弱。(4)当原系统的对数相频特性曲线在穿越频率附近急剧下降时，由穿越频率的增加而带来的系统的相位滞后量，将超过由校正装置所能提供的相位超前量。此时，若用单级的超前校正装置来校正，将收效不大。(5)超前校正主要用于系统的稳态性能已满足要求，而动态性能有待改善的场合。5.2.2串联滞后校正1.滞后校正装置(1)无源滞后校正装置(2)有源滞后校正装置2.滞后校正装置的设计3.滞后校正举例4.滞后校正特点(1)无源滞后校正装置(2)有源滞后校正装置2.滞后校正装置的设计（1）根据稳态精度指标要求，确定开环增益K。（2）根据

8、确定的K值，绘制原系统的伯德图，并确定原系统的相位裕量γ。（3）若原系统的相位裕量不满足要求，则从原系统的相频特性曲线上找到一点，该点处相角为φ=180°+γ’+Δ,以该点处的频率作为校正后系统的穿越频率ωc’。γ’为系统所要求的相位裕量，Δ是用于补偿由滞后校正装置的引入所带