自动控制系统工程设计.ppt

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1、串联滞后-超前校正，实质上综合应用了滞后和超前校正各自的特点，即利用校正装置的超前部分来增大系统的相位裕度，以改善其动态性能；利用它的滞后部分来改善系统的静态性能，两者分工明确，相辅相成。串联滞后-超前校正这种校正方法兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正系统响应速度快，超调量小，抑制高频噪声的性能也较好。当未校正系统不稳定，且对校正后的系统的动态和静态性能(响应速度、相位裕度和稳态误差)均有较高要求时，显然，仅采用上述超前校正或滞后校正，均难以达到预期的校正效果。此时宜采用串联滞后-超前校正。2.6.5绘制未校正系

2、统的对数幅频特性,求出未校正系统的截止频率、相位裕度及幅值裕度等。串联滞后-超前校正的设计步骤如下：根据稳态性能要求，确定开环增益K；这种选法可以降低已校正系统的阶次，且可保证中频区斜率为-20dB/dec，并占据较宽的频带。在未校正系统对数幅频特性上，选择斜率从-20dB/dec变为-40dB/dec的转折频率作为校正网络超前部分的转折频率。根据响应速度要求，选择系统的截止频率和校正网络的衰减因子要保证已校正系统截止频率为所选的(6-15)下列等式应成立：-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec2

3、63.5-40dB/dec-20dB/dec0dB/dec-20dB/dec可由未校正系统对数幅频特性的-20dB/dec延长线在处的数值确定。求出a值根据相角裕度要求，估算校正网络滞后部分的转折频率校验已校正系统开环系统的各项性能指标。作为校正系统对数幅频特性渐近曲线，如图6-21所示由图得未校正系统截止频率表明未校正系统不稳定例6-3未校正系统开环传递函数为设计校正装置，使系统满足下列性能指标：使相位裕度为幅值裕度不低于10dB；过渡过程调节时间不超过3s解：确定开环增益看下图-20dB/dec-4

4、0dB/dec-60dB/dec26图6-21如果采用串联超前校正,要将未校正系统的相位裕度从至少选用两级串联超前网络。显然，校正后系统的截止频率将过大，可能超过25rad/s。利用还有几个原因：系统带宽过大，造成输出噪声电平过高；需要附加前置放大器，从而使系统结构复杂化。分析为何要采用滞后超前校正？，比要求的指标提高了近10倍。如果采用串联滞后校正，可以使系统的相角裕度提高到左右，但是对于该例题要求的高性能系统，会产生严重的缺点。由计算出响应速度指标不满足。由于滞后校正极大地减小了系统的截止频率，使得系统的响

5、应迟缓。滞后网络时间常数太大设计滞后超前校正上述分析表明，纯超前校正和纯滞后校正都不宜采用。研究图可以发现（步骤的要求，即-20dB/dec变为-40dB/dec的转折频率作为校正网络超前部分的转折频率）T=2000s，无法实现。-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec26考虑到中频区斜率为-20dB/dec，故应在3.2~6范围内选取。-20dB/dec的中频区应占据一定宽度,故选由于-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec263.5由此时，滞后-超前校正网络的传递函数可写为a=

6、50根据相角裕度要求，估算校正网络滞后部分的转折频率验算精度指标。满足要求接上页-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec263.5-40dB/dec-20dB/dec0dB/dec-20dB/dec按期望特性的串联校正2.6.6例并联校正（反馈校正）在控制工程实践中，为改善控制系统的性能，除可选用前述的串联校正方式外，也常常采用反馈校正方式。常见的有被控量的速度、加速度反馈、执行机构的输出及其速度的反馈；以及复杂系统的中间变量反馈等。反馈校正是采用局部反馈包围系统前向通道中的一部分环节以实现校正，其

7、结构框图如图所示。2.6.7反馈校正系统方框图从控制的观点来看，采用反馈校正不仅可以得到与串联校正同样的校正效果，而且还有许多串联校正不具备的突出优点。第一，反馈校正能有效地改变被包围环节的动态结构和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置的特性可以完全取代被包围环节的特性，反馈校正系统方框图从而可大大消弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统的不利影响。本节主要讨论比例反馈校正和微分反馈校正的作用及反馈校正的设计方法。1比例负反馈校正反馈校正方框图如果局部反馈回路为一比例环节，称为比例反馈校正。图为振荡环节被比例

8、负反馈包围的结构图。闭环传递函数其中可以看到，比例负反馈改变了振荡环节的时间常数T、阻尼比ζ和放大系数K的数值，并且均减小了。因此，比例负反馈使得系统频带加宽，瞬态响应加快，但却使得系统控制精度下降，故应给予补偿才可保证系统的精度。这与串联校正中比例控制的作用主要是提高稳态精度是不同的，比例反馈校正的主要作用是改善被包围部分的动态