线性系统的校正方法

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1、AutomaticControlTheory河南理工电气学院自动控制原理第六章线性系统的校正方法6-1系统的设计与校正问题6-2常用校正装置及其特性6-3串联校正6-4反馈校正6-5复合校正本章主要内容设计控制系统的目的，是将构成控制系统的各元件和被控对象组合起来，使之满足表征控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要求。如果通过调整放大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要校正。校正定义：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，使系统的整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。校正方法：1）按结构分：串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校

2、正等；2）按原理分：根轨迹校正法、频率校正法。校正内容：系统的（动态或稳态）性能指标。校正方式的选择原则：校正方式的选择取决于系统中的信号性质，技术实现的方便性，可供选择的元件，抗扰性要求、经济性要求、环境使用条件以及设计者的经验等因素。串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的变换。在性能指标要求较高的控制系统设计中，通常兼用串联校正与反馈校正两种方式。设计方法：在控制系统设计中，一般依据性能指标的形式来决定应采用的方法。如果性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、超调、阻尼比、稳态误差等时域特征量给出时，一般采用根轨迹法设计校正；如果性能

3、指标以系统的相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽等频域特征量给出时，一般采用频率法设计校正。目前工程技术界多习惯采用频率法，故常常要通过近似公式进行两种指标的互换。6-1系统的设计与校正问题系统的设计与校正问题一、性能指标二、带宽的确定三、校正方式四、控制规律系统校正的依据—性能指标稳态性能指标稳态误差:静态误差系数无差度1.性能指标不同的控制系统,对性能指标的要求侧重点不同。在控制系统设计中,采用的设计方法通常依据性能指标的形式而定,一般有根轨迹法和频率法两种。频域：开环增益低频段斜率开环截止频率中频段斜率中频段宽度高频衰减率幅值裕度相角裕度谐振频率谐振峰值闭环

4、频带宽度动态性能指标时域：上升时间峰值时间调节时间超调量振荡次数①二阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值谐振频率带宽频率截止频率②高阶系统频域指标与时域指标的关系相角裕度超调量调节时间谐振峰值超调量调节时间2.系统带宽的选择为了使系统能够准确复现输入信号，要求系统具有较大的带宽；从抑制噪声的角度来看,又不希望带宽过大，因此在系统设计时，必须选择合适的系统带宽。既能以所需精度跟踪输入信号，又能抑制噪声扰动信号。在控制系统实际运行中，输入信号一般是低频信号，而噪声信号是高频信号。选择原则：噪声输入信号系统带宽的确定（1）串联校正与反馈校正3.常用校正方法串联校正开环传

5、函:优点：装置简单、调整方便、成本低串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串接于系统前向通道之中。反馈校正局部闭环传函：优点：高灵敏度、高稳定度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。反馈校正装置接在系统局部反馈通路之中。（2）前馈校正前馈校正（对扰动的补偿）前馈校正（对给定值处理）前馈校正又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用的校正方式。（3）复合校正复合校正方式是在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成一个有机整体。4.基本控制规律（含校正装置的控制器）（1）比例控制规律（P）对系统性能的影响正好相反。Kp>1开环增益加大，稳

6、态误差减小；幅值穿越频率增大，过渡过程时间缩短；系统稳定程度变差。原系统稳定裕量充分大时才采用比例控制。Kp<1特点：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性。比例控制器实质是一种增益可调的放大器（2）比例—微分控制规律（PD）特点：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。转折频率1=Kp/Td预先作用抑制阶跃响应的超调缩短调节时间降低抗高频干扰能力相位裕量增加，稳定性

7、提高；c增大，快速性提高Kp＝1时，系统的稳态性能没有变化。高频段增益上升，可能导致执行元件输出饱和，并且降低了系统抗干扰的能力；微分控制仅仅在系统的瞬态过程中起作用，一般不单独使用。PD控制通过引入微分作用改善了系统的动态性能（3）积分控制规律（I）为可调比例系数。在串联校正中，采用积分控制器可以提高系统的型别（无差度），有利于提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角滞后，对系统的稳定不利。所以不宜采用单一的积分控制器。（4）比例—积分控制规律（PI）为可调比例系数为可调积分时间系数增加开环极点，提高型别，减小稳态误差