第六章 控制系统的校正

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1、第六章控制系统的校正1.串联校正和反馈校正方法2.采用前馈－反馈复合控制的校正方法3.PID控制器的工程整定6.1串联校正和反馈校正方法1.系统校正的概念所谓校正，是指当系统的性能指标不能满足控制要求时，通过给系统附加某些新的部件、环节，依靠这些部件、环节的配置来改善原系统的控制性能，从而使系统性能达到控制要求的过程。这些附加的部件、环节称为校正装置。按照校正装置在系统中的连接方式，分为并联和串联两种。1.串联校正校正装置与系统原有部分串联连接2.反馈或并联校正校正装置接在系统的局部反馈通道之中2.校正装置及系统的连接方式图

2、6-10校正装置与系统的连接方式（a）串联校正；（b）反馈校正串联校正和反馈校正的优缺点：1.串联校正比反馈校正更易于实现对信号进行各种必要形式的变换。串联校正装置分无源和有源两类。（1）无源串联装置比较简单，它本身没有放大器，用来串联校正在信号变换过程中引起的幅值衰减。此外，为了避免功率损耗，无补偿源串联校正装置一般安置在前向通道中能量最低的点上。（2）有源串联校正装置含有放大器，因此，上述补偿问题可自行解决。2.反馈校正该校正的信号是从高功率点传向低功率点的，故不必附设放大器。采用反馈校正除了能收到与串联校正同样的校正效

3、果外，还可以消除系统原有不可变部分的参数波动及非线性因素对系统性能的影响。因此，若调节系统随工作条件的改变，它的某些参数的变化幅度较大，且在系统中又有条件应用反馈校正（能取出适当的反馈信号），这时宜采用反馈校正3.相位超前校正装置最简单的超前校正装置是一种无源微分电路传递函数可写为相位超前网络的频率特性为此频率特性在复平面上是一个半圆最大相角与衰减系数的关系为在设计超前校正装置时，便可按所要求的最大相位超前角来求出装置的参数切点频率是的几何中点求出：图6-13超前网络的对数频率特性由上图可以看出，在高频段（如w>10/T）,

4、校正器有较高的增益，从图6-11也可看出，当输入信号频率较高时，电容C的容耗很小，输出信号接近于输入信号，所以相位超前网络基本上是一个高通滤波器（高频可以通过，低频被衰减掉）。4．用频率法设计超前校正装置相位超前装置的主要作用是在中频范围内产生足够大的超前相角，以补偿原系统中元件造成的过大相角滞后。所以，设计超前校正装置，就是根据系统的性能指标要求校正装置所应提供的超前相角，来确定校正装置的参数及传递函数。共同看书上的例题进行分析相位超前校正装置对系统性能有下列影响：（1）在截止频率附近使对数频率特性斜率减小，增加了被校正系

5、统的开环频率特性的相角裕量。也就是提高了系统的阻尼比ξ，改善了系统瞬态响应性能；（2）减少了开环幅频线在幅值交点频率处的负斜率（斜线较平），提高了系统的相对稳定性；（3）增大了闭环系统的频带宽度，提高了系统瞬态响应的速度，但系统抗高频干扰的能力也将降低；（4）由于稳定裕量增加，减少了系统阶跃响应的超调量；（5）由于比例系数先按要求设计好，所以不影响系统的稳态误差。5．反馈校正(1)、反馈校正的特点采用反馈校正，不仅可以获得与串联校正同样的校正效果，还可以削弱系统不可变部分中某些元件的非线性、参数波动、惯性等对系统性能的影响。

6、调节器本身就是利用反馈原理来实现各各种作用规律，同时削弱前向通道中放大器的参数变化、非线性等因素的不利影响的。特点：A.减小惯性时间常数B.降低参数变化对系统性能的影响C.削弱系统不可变部分中不希望有的特性Ｄ.正反馈可以提高反馈环路的放大系数(2)、用频率法分析反馈校正其开环频率特性为：若条件成立便可近似写成可以认为系统开环频率特性近似等于并联反馈校正装置的频率特性的倒特性，而与系统不可变部分的频率特性无关。若条件成立便可近似写成也就是说明：反馈作用小到可以忽略不计时，显然系统的开环频率特性就和前向通道的特性一致。６.2采用

7、前馈－反馈复合控制的校正方法复合校正：对于稳定性、超调性和快速性要求比较高的系统，需要在主反馈回路内部进行前馈或局部反馈，这种前馈、反馈相结合的校正，称为复合校正。1具有前馈的复合控制由图可知，系统的输出量为系统的误差为：综合可得：假若引入的前馈传递函数为：则：可看出：系统的输出量在任何时刻都可以完全复现输入量，具有理想的时间响应特性。2.扰动补偿的复合控制假设扰动补偿的复合控制系统如图复合校正的目的:是通过的适当选择使扰动经过对系统输出产生补偿作用，以抵消扰动通过对输出的影响。此时的扰动输出为：扰动下误差为：选择前馈校正装

8、置的传递函数可得出：称为对扰动的误差全补偿条件。由此我们可以看出前馈控制的有利因素：1.从补偿原理来看，由于前馈校正实际上是采用开环控制方式去补偿可预知的扰动信号，因此前馈校正并不改变反馈系统的特性。2.从抑制扰动的角度来看，前馈控制可以减轻反馈控制的负担，所以反馈控制系统的增益可以取得小