控制工程基础课件 第六章.ppt

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1、6.2串联校正装置的形式及特性串联校正指校正环节Gc(s)串联在原传递函数方框图的前向通道中，如下图所示。为了减少功率消耗，串联校正环节一般都放在前向通道的前端，即低功率部分。Xi(s)Xo(s)-+串联校正Gc(s)G(s)串联校正按校正环节Gc(s)的性质可分为：(1)增益调整；(2)相位超前校正；(3)相位滞后校正；(4)相位滞后——超前校正。Xi(s)Xo(s)-+串联校正Gc(s)G(s)在这几种串联校正中，增益调整的实现比较简单。例如，在液压随动系统，提高供油压力，即可实现增益调整。但是，仅仅

2、调整增益，难以同时满足静态和动态性能指标，其校正作用有限，如加大开环增益虽可使系统的稳态误差变小，但却使系统的相对稳定性随之下降。因此，当增益调整不能满足系统的性能要求时，需要采用其他的校正方法。系统的开环增益K↑可以提高系统的响应速度。这是因为，开环增益的提高会使系统的开环频率特性Gk(jw)的穿越频率wc(或称剪切频率)变大，其结果是加大了系统的带宽wb，而带宽大的系统，响应速度就高。然而，仅仅增加增益又会使相位裕度(或增益裕度)减小，从而使系统的稳定性下降。所以要预先在剪切频率的附近和比它还要高的频

3、率范围内使相位提前一些，这样相位裕度增大了，再增加增益就不会损害稳定性。基于这种考虑，为了既能提高系统的响应速度，又能保证系统的其他特性不变坏，就需对系统进行相位超前校正。一、相位超前校正§6.2串联校正装置的形式及其特性相位超前校正装置1.传递函数2.伯德图是频率特性两个交接频率的几何中心。最大超前相角仅与值有关，值越小，输出相位超前越多，但系统开环增益降，且过网络后信号幅值衰减也越严重。为了保持较高的系统信噪比，一般实际中选用的不小于0.07，通常选择较为有利。采用了上述相位超前环节后，由于在对数幅频

4、特性上有20dB/dec段存在，故加大了系统的剪切频率wc、谐振频率wr与截止频率wb，其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果是增加了系统的相对稳定性。+Xi(s)Xo(s)原系统校正后相位超前校正装置3.超前校正装置的作用串联超前校正环节①增大了相位裕度，②加大了带宽。这意味着提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，使过渡过程得到显著改善。但由于系统的增益和型次都未变，所以稳态精度提高较少。4.超前校正装置的网络实现无源超前校正网络有源超前校正网络

5、相位滞后校正装置1.传递函数2.伯德图由于，所以校正网络输出信号的相位迟后于输入信号。最大滞后角位于与的几何中心处。该网络实际是一低通滤波器，它对低频信号基本没有衰减作用，但能削弱高频噪声，愈大，抑制噪声能力愈强。通常选择左右。§6.2串联校正装置的形式及其特性相位滞后校正装置3.滞后校正装置的作用滞后校正适用于系统的动态品质满意但稳态精度差的场合，或者用于系统的稳态精度差且稳定性也不好，而且对快速性要求不高的场合。其作用有二，一是提高系统低频响应增益，减小系统稳态误差，基本保持系统瞬态性能不变；二是滞后

6、校正装置的低通滤波器特性，或高频幅值衰减特性将使系统高频响应增益衰减，降低系统幅值穿越频率，提高系统相角稳定裕度，以改善系统稳定性和某些瞬态性能。注意：应避免使最大滞后相角发生在校正后系统的开环对数频率特性的幅值穿越频率附近，以免对瞬态响应产生不良影响，一般可取§6.2串联校正装置的形式及其特性§6.2串联校正装置的形式及其特性相位滞后校正装置4.滞后校正装置的网络实现无源滞后校正网络有源滞后校正网络§6.2串联校正装置的形式及其特性答案：可以由前面的分析可以知道：超前校正是用于提高系统的稳定裕量，加快系

7、统的瞬态响应；滞后校正则用于提高系统的开环增益，改善系统的稳态性能。那么，能不能将两者结合起来呢？这样就会同时改善系统的动态和稳态性能。相位滞后——超前校正§6.2串联校正装置的形式及其特性相位滞后－超前校正装置1.传递函数2.伯德图由图可见，由0增至的频带中，此网络有滞后的相角特性，由增至的频带内，此网络有超前的相角特性，在处，相角为零。§6.2串联校正装置的形式及其特性相位滞后－超前校正装置3.滞后－超前校正装置的作用单纯采用超前或滞后校正均只能改善系统瞬态或稳态一个方面的性能。若未校正系统不稳定，且

8、对校正后系统的稳态和瞬态都有较高要求时，宜采用滞后-超前校正装置，利用校正网络中的超前部分改善系统瞬态性能，而利用校正网络的滞后部分提高系统稳态精度。4.超前校正装置的网络实现无源滞后-超前网络有源滞后-超前网络§6.2串联校正装置的形式及其特性PID调节器在工业设备中，经常采用电子元件构成的组合型校正装置。由比例(P-Proportional)单元，微分(D-Derivative)单元及积分(I-Integral)单元构成，