控制系统的频率法校正课件.ppt

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1、第十三次课教学学时：2学时目的要求：了解控制系统的一般概念，掌握常用的校正装置极其特性。知识要点：1.控制系统的概念a.校正的概念b.校正的方式c.控制系统的性能指标2.常用的校正装置极其特性a.相位超前校位装置b.相位滞后校正装置c.相位滞后－超前校正装置第五章控制系统的频率法校正第一节　控制系统的一般概念第二节　常用的校正装置极其特性第三节串联校正第四节反馈校正第五节　恒值系统的校正第一节控制系统的一般概念一.校正的概念在系统中引入一些附加装置，以改善系统的性能，从而满足工程要求。这种措施称为校正。所引入的装置称为校正装置。二.校正的方式校正装置接入系统的基本形式有两种：一种是校正

2、装置与被控对象等固有部分相串联，称为串联校正，如图5-1a所示，另一种是校正装置与被校正对象作为反馈联接，形成局部反馈回路，称为并联校正或局部反馈校正，如5-1b所示。除此尚有前馈补偿、干扰补偿校正及复合校正等。X0(s)-+Xi(s)G(s)G1(s)H(s)(a)串联校正Xi(s)X0(s)Gc(s)G2(s)Gc(s)H(s)（b）并联校正图5-1校正方式三.控制系统的性能指标常用指标有：１.时域指标静态指标有静态误差，无差度，以及静态误差系数　　、　　、　。动态指标有过渡时间　，超调量　。２.频域指标开环域频指标有剪切频率　，相角稳定裕量　，增益稳定裕量　。闭环频域指标主要是

3、谐振峰值　　，以及谐振频率　，频带宽度　。第二节　常用的校正装置极其特性１.无源相位超前网络图5-2是一个用无源阻容元件组成的相位超前网络。设此网络输入信号源的内阻为零，输出端的负载阻抗为无穷大，则此无源相位超前网络的传递函数可写为其中C图5-2相位超前RC网络U2R2R1U1R2R1上式表明，采用无源相位超前校正装置时，系统的开环增益要下降原来的。现设校正装置对开环增益的衰减已由提高放大器增益所补偿，则无源相位超网络的传递函数可写为对应频率特性为其对数频率特性如图5-3所式20lgαL(ω)ω2=1/αTω1=1/Tω020dB/dec10lgαΦmωm900Φ(ω)ω0图5-3由图

4、可见，校正网络对频率在~之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内，输出信号的相位超前于输入信号，相位超前的名称即由此而得。图5-3表明，当频率等于最大超前相角的频率时，相角超前量最大，以表示，而又正好是两个转折频率，的几何中心。证明如下:2.有源相位超前网络有源相位超前校正装置可由图5-5所示网络实现。通过图5-5可求出该有源相位超前网络的传递函数为:U2R4CR3R2U1R0R1UfA图５－５　有源相位超前网络二.相位滞后校正装置1．无源相位滞后网络相位滞后校正装置可用图5-7所示的RC无源网络实现，如果输入信号源的内阻为零，负载阻抗为无穷大，可求得其传递函数为其中对应的频率特

5、性为CU1R2R1U2图５－７　相位迟后RC网络其对数频率特性如图5-8所示。由图可见，采用无源相位滞后校正装置，对低频信号不产生衰减，而对高频信号有削弱作用，β值越小，抑制高频噪声的能力越强。通常选择β=0.1较为适宜。校正网络输出信号的相位滞后于输入信号，或者说具有负相角特性。为了避免最大滞后相角发生在校正后系统的剪切频率ωc附近，应使用网络的第二个转折频率远小于ωc一般可取相角滞后为β<1代入上式若取β＝1,则有-20dB/decφ(ω)900L(ω)0图５－８　相位滞后网络对数频率特性２.有源相位滞后网络图5-10示出了一个有源相位滞后网络，它由一个反向输入的运算放大器所组成，

6、网络的传递函数为U1图5-10有源相位迟后网络R2+CR3R1R0U2R0三.相位滞后－超前校正装置1.无源相位滞后-超前校正装置图5-11示出了一个无源相位后-超前网络，其传递函数为式中T1=R1C1T2=R2C2T12=R1C2图5-11无源相位滞后-超前RＣ网络R2C2U2R1C1比较上面两式同样,通过参数的选择，可以使>T1>T2>由上式可得进而对应频率特性为超前部分滞后部分相应的对数频率特性如图由5-12所示。由图可见，在ω由0增至的频带中，校正网络有滞后的相角特性，在ω由→∞的频带内，此网络有超前的相角特性。在ω=处，相角为0。1/T’21/T21/T11/T’1Lc(w)

7、0φc(w)9000-900W1ω-20dB/dec+20dB/decω图5-12、相位滞后-超前网络的对数频率特性2.有源相位滞后-超前网络有源相位滞后-超前校正装置可用图5-13所示的网络实现，其传递函数为式中T1=R2C1，R1=R0，T1>T2>T3>T4有源相位滞后-超前校正装置可用图5-13所示的网络实现-U2-A+R0C2U1R1R3R4R2C1图5-13有源相位滞后-超前网络网络的对数频率特性如图5-14所示。20lgG0L(w