§6-3常用校正装置及其特性.ppt

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1、§6-3常用校正装置及其特性控制系统中常用的校正装置可以分成两大类：有源网络及无源网络无源串联校正装置通常由RC网络构成，但它使信号在变换过程中产生幅值衰减，且其输入阻抗较低，输出阻抗又较高，因此常常需要附加放大器，以补偿其幅值衰减，并进行阻抗匹配。为了避免功率损耗，无源串联校正装置通常安置在前向通道中能量较低的部位上。有源串联校正装置由运算放大器和RC网络组成，其参数可以随意调整，因此目前使用有源串联校正日趋增多。一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统

2、的前向通路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前提下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。无源网络包括三种形式，即无源超前(微分)校正装置，迟后(积分)校正和迟后一超前(积分-微分)校正装置。如右图所示是无源超前校正装置的电路图。如果输入信号源的内阻为零，而输出负载阻抗为无穷大，则超前校正装置的传递函数为一、无源超前(微分)校正装置设U1(s)为输入信号，U2(s)为输出信号。式中在采用无源超前网络时，系统的开环增益要下降α倍，这可用放大系数为的放大器来补偿。超前校正装置的频率特性为由此可以画出该装置的对数频率特性如下图所示。交接频率分别为,当α为不同值时

3、，其Bode图如图所示。由图看出，由于α＜1，超前网络有正的相角特性，所以校正装置稳态输出信号的相位超前输入信号，超前校正的名称正是由此而来。同时，由于超前网络具有正的相角特性，也反映了对输入信号的微分作用，故相位超前校正装置通常称为微分校正装置。根据超前校正装置的相频特性，可得最大超前相角φm及出现最大超前相角的频率ωm，其方法如下：由于校正装置的相频特性根据三角函数公式，可写成利用的条件，可以求出最大超前相角对应的频率为即在对数坐标中，有(1)(2)即ωm位于ω1和ω2的几何中点。将(1)式代入(2)式，可得最大相移(3)(3)式表明:φm仅与α值有关，α选

4、得越小，φm值越大，则超前网络的微分效应越强。为保证较高的系统信噪比，实际选用的α值一般不大于0.5。由前图可知，无源超前网络的低频段的对数幅频特性为20logα(α＜1)，即出现低频衰减，这是所有无源超前网络的共同特点。若需要补偿低频衰减，必须串进放大倍数为的放大器。此时，带有放大器(放大倍数为)的无源校正装置的传递函数和频率特性分别为其对数幅频特性和相频特性的表达式分别为可以看出，相频特性不变，将代入(4)式得(4)校正装置高频段部分的对数幅频特性为。下图给出了已补偿低频衰减的相位超前校正装置的Bode图。二、无源迟后校正装置迟后校正装置可用下图所示的RC无

5、源网络实现。假设信号源的内阻为零，输出负载阻抗为无穷大，可以求出迟后网络的传递函数为式中β称为迟后网络系数，表示迟后深度。迟后网络β＞1，而超前网络的α＜1。迟后网络的频率特性为由此可以画出该装置的对数频率特性如下图所示。交接频率分别为。由图可见，迟后网络在至之间呈积分效应，相频特性为负，即稳态输出信号的相位迟后于正弦输入信号，迟后网络的名称由此而来。与相位超前网络类似，迟后网络的最大迟后角φm位于与的几何中心ωm处，计算ωm与φm的公式类似。上图还表明迟后网络实际上是一个低通滤波器，它对低频信号不产生衰减作用，而能削弱高频噪声，β值越大，抑制噪声能力越强

6、。φm与β值有关，一般β值取10。三、迟后-超前校正装置实现迟后-超前校正的装置如右图所示。图中，复数阻抗Z1，Z2分别为所以传递函数为式中若适当选择参数使式(5)具有两个不相等的负实数极点，则式(5)可改写为(5)(6)设，则(8)(7)将式(7)，(8)代入式(6)可得（迟后部分）（超前部分）迟后-超前网络的频率特性为(9)相应的Bode图如下图所示。由图可见，在ω由0增加到ω1的频段中，此网络具有迟后相角特性，而ω1至∞频段，此网络具有超前的相角特性。这就是迟后-超前网络名称的由来。相角为零处的频率ω1为