自动控制原理 王永骥版 第六章

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1、第6章线性系统的校正方法6.1综合与校正的基本概念6.2常用校正装置及其特性6.3串联校正6.4反馈校正16.1综合与校正的基本概念原系统控制器控制对象校正系统原系统校正装置能使系统的控制性能满足控制要求而有目的地增添的元件称为控制系统的校正元件或称校正装置.图6－1系统综合与校正示意图236.1.1校正的基本方式按照校正装置与原系统的连接方式，校正可分为串联校正、反馈校正、和复合校正。串联校正装置一般接在系统的前向通道中，如图6—2所示，具体的接入位置，应视校正装置本身的物理特性和原系统的结构而定。通常对于体积小、重量轻、容

2、量小的校正装置（电器装置居多），常加在系统信号容量不大、功率小的地方，即比较靠近输入信号的前向通道中。对于体积、重量、容量较大的校正装置（如无源网络、机械、液压、气动装置等），常串接在信号功率较大的部位上，即比较靠近输出信号的前向通道中。G（S）H（S）—R（S）C（S）图6—2串联校正4反馈校正是将校正装置反并接在系统前向通道中的一个或几个环节两端，形成局部反馈回路如图6—3所示。由于反馈校正装置的输入端信号取自于原系统的输出端或原系统前向通道中某个环节的输出端，信号功率一般都比较大，因此，在校正装置中不需要设置放大电路，有

3、利于校正装置的简化。此外，反馈校正还可消除参数波动对系统性能的影响。H（S）——R（S）C（S）图6—3反馈校正5复合校正是在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，如图6—4所示H（S）—+R（S）C（S）图6—4复合校正上面介绍的几种校正方式，虽然校正装置与系统的连接方式不同但都可以达到改善系统性能的目的。通过结构图的变换，一种连接方式可以等效地转换成另一种连接方式，他们之间的等效性决定了系统的综合与校正的非唯一性。在工程应用中，究竟采用哪一种连接方式这要视具体情况而定。6通常需要考虑的因素有：原系统的物理结构，信号是否便于取出

4、和加入，信号的性质，系统中各点功率的大小，可供选用的元件，还有设计者的经验和经济条件等。一般来讲，串联校正比反馈校正设计简单，也比较容易对系统信号进行变换。由于串联校正通常是由低能量向高能量部位传递信号，加上校正装置的本身能量损耗，必须进行能量补偿。因此，串联校正装置通常由有源网络或元件构成，即其中有放大元件，反馈校正装置的输入信号通常由系统输出端或放大器的输出级供给，信号是从高功率点向低功率点传递，因此，一般不需要放大器。由于输入信号功率比较大，校正装置的容量和体积相应要大一些。反馈校正可以消除校正回路中元件参数的变化对系统

5、性能的影响，因此，若原系统随着工作条件的变化，他的某些参数变化较大时，采用反馈校正效果会更好些。在性能指标要求较高的系统中，常常兼用串联校正与反馈校正两种方式。综上所述，在对控制系统进行校正时，应根据具体情况，综合考虑各种条件和要求来选择合理的校正装置和校正方式，有时，还可以采用两种或两种以上的校正方式。76.1.2基本控制规律了解校正装置的控制规律对选择合适的校正装置及校正方式很有必要。一般的控制器和校正装置常常采用的控制规律有比例、积分、微分以及这些控制规律的组合。（1）比例（P）控制规律具有比例控制规律的控制器称为P控制

6、器，如图6—5所示。控制器的输出信号成正比的反映输入信号，其传递关系可表示为m(t)=Kpe(t)(6—1)P控制器是增益Kp可调的放大器，对输入信号的相位没有影响。在串联校正中，提高增益Kp可减小系统的稳态误差，提高系统的控制精度。但往往会影响系统的相对稳定性，甚至造成系统不稳定。因此，在实际应用中，很少单独使用P控制器，而是将他与其他形式的控制规律一起使用。KpR(t)e(t)m(t)c(t)_图6—5P控制器8（2）比例-微分（PD）控制规律具有比例-微分控制规律的控制器称为PD控制器，如图6—6所示，其输入输出关系为R

7、(s)E(s)M(s)C(s)_图6—6PD控制器式中，Kp为比例系数，r为微分时间常数，Kp和r都是可调参数。PD控制器的微分作用能反映输入信号的变化趋势，即可产生早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。从下例可分析PD控制的作用。9例6—1比例微分控制系统如图6—7所示，试分析PD控制器对系统性能的影响。R（S）C（S）E（S）C（S）—图6—7比例-微分控制系统解当无PD控制器时，系统的特征方程为该二阶系统的阻尼比为零，阶跃响应为等幅振荡，系统临界稳定。10加入PD控制器后，系统的特征方程为此时，系统的

8、阻尼比系统稳定，且阻尼比的大小可通过改变参数和来调整。由于微分控制作用只对动态过程起作用，对稳态过程没有影响，且微分作用对噪音非常敏感。因此，微分控制器很少单独使用，通常都是与其他控制规律结合起来，构成PD控制器和PID控制器，应用于系统。11（3）积分（I）控制规律具有积分