自动控制原理课后答案第6章

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1、第6章控制系统的校正【基本要求】1．正确理解控制系统校正的基本含义。2.熟练掌握系统校正的基本要求、常用的性能指标及其计算。3．熟练掌握常用的三种校正装置及其特点。4．重点掌握利用开环对数幅频特性曲线进行串联校正常用的三种方法、原理及步骤。5.理解利用开环对数幅频特性曲线进行综合法校正的原理及特点。6．掌握PID控制的特点及工程校正的设计原理及方法。7．正确理解反馈校正的原理及特点。8.正确理解复合校正的原理及特点。自动控制原理研究的范畴有两方面：一方面已知控制系统的结构和参数，研究和分析其三个基本性能，即稳定性、

2、动态性能和稳态性能，称此过程为系统分析。本书的第3章～第5章就是采用不同的方法进行系统分析；另一方面在是被控对象已知的前提下，根据工程实际对系统提出的各项性能要求，设计一个新系统或改善原性能不太好的系统，使系统的各项性能指标均能满足实际需要，称此过程为系统校正（或综合）。本章就是研究控制系统校正的基本问题，并介绍基于MATLAB和Simulink的线性控制系统较正的一般方法。通过本章的学习，建立系统校正的概念，掌握校正的方法和步骤，并能利用MATLAB和Simulink对系统进行校正分析，为进行实际系统设计建立理论

3、基础。6.1校正的基本概念和方法进行控制系统的校正与设计，不仅要了解被控对象的结构与参数，更要明确工程实际对系统提出的性能指标要求，这是系统设计的依据和目标。6.1.1校正的基本概念所谓控制系统的校正，是指根据工程对系统提出的性能指标要求，选择具有合适结构和参数的控制器，使之与被控对象组成的系统满足实际性能指标的要求。校正的实质就是在系统中加入合适的环节或装置，使整个系统的结构和参数发生变化，即改善系统的零、极点分布或对数频率特性曲线形状，从而改善系统的运行特性，使校正后系统的各项性能指标满足实际要求。校正装置的选

4、择及其参数的整定过程，称为控制系统的校正。研究该问题的方法同系统分析一样，也有时域法、频域法和根轨迹法三种，三种方法互为补充，而且以频域法的应用较为普遍。因此本章只介绍频域法，即利用开环对数频率特性曲线对线性定常系统进行校正的基本原理和方法，其它方法读者可参考有关文献。控制系统的设计工作是从分析控制对象开始的。首先根据被控对象的具体情况选择执行1元件；然后根据变量的性质和测量精度选择测量元件；为放大偏差信号和驱动执行元件，还要放置放大器。由被控对象、执行元件、测量元件和放大器组成基本的反馈控制系统。该系统除了放大器

5、的增益可调外，其余的部分结构和参数均不能改变，称此部分为不可变部分或固有部分。通常仅仅靠改变系统固有部分的增益是难以满足性能指标要求的，而要在系统中加入一些适当的元件或装置，以改变系统的特性，满足给定的性能指标要求，这就要求对控制系统进行校正。一般来说，校正的灵活性是很大的，为了满足同样的性能指标，不同的人可采用不同的校正方法，为满足同一个要求也可设计出不同的校正装置，到底采用何种校正方法或者校正装置，主要取决于实际情况（如对象的复杂程度、模型的给定方式）和设计者的经验及习惯等，也就是说，校正问题的解不是唯一的。在

6、对待控制系统校正的问题时，应仔细分析要求达到的性能指标及校正前固有系统的具体情况，以便设计出简单有效的校正装置，满足设计要求。为了方便讨论，定义Gc(s)、Go(s)、G(s)分别表示校正装置、校正前及校正后系统的开环传递函数；固有系统的指标不加下标，如、或h，校正后系统的指标和希望的指标值加上c标“ˊ”，如、或h。c6.1.2常用的校正方法在线性控制系统中，常用的校正设计方法有分析法和综合法两类。分析法又称试探法。用分析法设计校正装置比较直观，在物理上易于实现，但设计过程带有试探性，要求设计者有一定

7、的工程经验。综合法又称为期望频率特性法。这种设计方法物理意义明确，但校正装置传递函数可能较为复杂，在物理上不易于实现。按照校正装置在系统中的位置，以及它和系统固有部分的联结方式不同，通常可分为串联校正、反馈校正和复合校正等。1．串联校正串联校正是指校正装置Gc(s)接在系统的前向通道中，与固有部分Go(s)成串联连接的方式，如图6-1所示。图6-1串联校正为了减少校正装置的输出功率，降低系统功率损耗和成本，串联校正装置一般装设在前向通道综合放大器之前，误差测量点之后的位置。串联校正的特点是结构简单，易于实现，但需附

8、加放大器，且对于系统参数变化比较敏感。串联校正按照校正装置的特点分为超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。校正后系统开环传递函数为Gs()GsGs()()（6-1）0c2相应的幅频和相频特性分别为L()L()L()（6-2）0c()()()（6-3）0c2．反馈校正反馈校正是指校正装置Gc(s)接在系统的局部反馈通道中，与系统的固有