自动控制原理 978-7-302-16025-0 第6章 控制系统的校正

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1、第6章控制系统的校正本章重点内容：系统校正的目的、意义基本控制规律基本校正方法根轨迹法在系统校正中的应用被控制对象是已知的，性能指标是预先给定的，要求设计者选择控制器的结构和参数，使控制器与被控对象组成一个性能满足要求的系统。这类问题叫做系统的综合。可见，综合的目的就是在系统中引入合适的附加装置，使原有系统的缺点得到校正(compensation)，从而满足一定的性能指标。引入的附加装置称为校正装置。所以系统的综合问题就是选择校正装置接入的位置以及它的结构和参数的问题。有时也笼统地把系统的综合称为校正。WORDSA

2、NDPHRASES带宽bandwidth串联校正cascadecompensation反馈校正feedbackcompensation复合校正compoundcompensation解调器demodulator滤波器filter6.1引言控制系统设计的目的，是将构成控制器的各元件与被控对象适当组合起来，使之满足表征控制精度、阻尼程度和响应速度(responsespeed)的性能指标要求。如果通过调整控制器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及特性可按需要改变的校正装置，使系统全面满足设

3、计要求。。在研究系统校正装置时，为了方便，将系统中除了校正装置以外的部分，包括被控对象及控制器的基本组成部分一起称为“固有部分”。因此控制系统的校正，就是按给定的固有部分和性能指标，设计校正装置。6.1.1受控对象将受控对象(controlledplant)和控制装置同时进行设计是比较合理的，这样能充分发挥控制的作用，往往能使受控对象获得特殊的、良好的技术性能，甚至能使复杂的受控对象得以改造而变得异常简单。然而，相当多的场合还是先给定受控对象，然后才进行系统设计。但无论如何，对受控对象要做到充分的了解是不容置疑的，要

4、详细了解受控制对象的工作原理和特点:如哪些参量需要控制，哪些参量能够测量，可以通过哪几个机构进行调整，受控对象的工作环境和干扰如何等。还必须尽可能准确地掌握受控对象的动态数学模型，以及受控对象性能要求，这些都是系统设计的主要依据。6.1.2性能指标进行控制系统的设计，除了应已知系统不可变部分的特性与参数外，还需要已知系统提出的全部性能指标。性能指标通常是由使用单位或被控对象的设计制造单位提出的。不同的控制系统对性能指标的要求应有不同的侧重。调速系统(speedregulatingsystem)对平稳性和稳态精度要求较

5、高随动系统(follow-upsystem/servo)则侧重于系统的快速性。性能指标的提出，应符合实际系统的需要。一般来说，性能指标不应当比完成给定任务所需要的指标更高。例如，若系统的主要的要求是具有较高的稳态工作精度，则不必对系统的动态性能提出过高的要求。实际系统能具备的各种性能指标，会受到组成元部件内部的固有误差(inherenterror)、非线性特性、能源的功率以及机械强度(mechanicalstrength)等各种实际物理条件的制约。如果要求控制系统应具备较快的响应速度，则应考虑系统提供最大速度和加速度

6、，以及系统允许的强度极限。下面给出了校正中常用的性能，包括稳态精度、相对稳定裕量以及响应速度等。(1)稳态精度指标，包括静态位置误差系数Kp，静态速度误差系统Kv和静态加速度误差系数Ka。(2)稳定裕量指标。通常希望相角裕量，增益裕量Kg≥10dB，谐振峰值,超调量，阻尼比。(3)响应速度，包括上升时间tr、调整时间ts、剪切频率、带宽BW、谐振频率等。此外，也可以按照前面章节学习过的时域性能指标、频域指标等形式分类。常用的时域指标包括超调量、调节时间ts、静态位置误差系数Kp、静态速度误差系数Kv、静态加速度误差系

7、数Ka。常用的频域性能指标包括峰值频率、频带、截止频率、稳定裕度γ和Kg。作为控制系统的目标函数，如果性能指标以时域形式给出，一般用根轨迹法进行校正较为方便；如果性能指标以频域形式给出，通常宜用频率法进行校正。6.1.3系统带宽的确定性能指标中的带宽(bandwidth)频率的要求，是一项重要的技术指标。无论采用哪种校正方式，都要求校正后的系统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，而噪声信号则一般是高频信号。因此，合理选择控制系统的带宽，在系统设计中是一个很重

8、要的问题。显然，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，然而从抑制噪声角度来看，又不希望系统的带宽过大。此外，为了使系统具有较高的稳定裕度，希望系统开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为–20dB/dec。但从要求系统具有较强的辨识的能力来考虑，却又希望处的斜率–40dB/dec。由于不同的开环系统截止频率对应于不同的闭环系统带宽