六章节控制系统校正

第6章 控制系统的校正与设计
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7
控制系统校正的概念 基本控制规律分析 常用校正装置及其特性 采用频率法进行串联校正 采用根轨迹法进行串联校正 反馈校正及其参数确定 用MATLAB进行控制系统的校正
6.1 控制系统校正的概念
在控制系统中，采用I控制器可以提高系统的型别，以消除或 减弱稳态误差，从而使控制系统的稳态性能得到改善。
6.2 基本控制规律分析
6.2.3 积分（I）控制规律 但需注意，如果系统不可变部分已经含有串联积分环节，见图 6-10，则对这类系统仅采用单一的积分控制规律，表面上可将原系 统提高到Ⅱ型，似可收到进一步改善控制系统稳态性能之效，但由 于这时的特征方程代表不稳定系统，所以在这类系统中采用单一的I 控制器是不能保证闭环稳定性的。在这类系统中，只有采用比例加 积分控制规律才有可能达到既使闭环系统稳定又能提高其型别的目 的。
的特性，见图6-12。
图6-12 PI控制器的输入、输出信号
6.2 基本控制规律分析
6.2.5 比例加积分加微分（PID）控制规律 比例加积分加微分控制规律是一种由比例、积分、微分基本控 制规律组合而成的复合控制规律。这种组合具有三个基本控制规律 各自的特点。具有比例加积分加微分控制规律的控制器称为PID控制 器。PID控制器的运动方程为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ其中Kp为比例系数，τ为微分时间常数。 Kp 与τ二者都是可调 的参数。PD控制器的方框图如图6-6所示。
图6-6 PD控制器方框图
6.2 基本控制规律分析
6.2.2 比例加微分（PD）控制规律
微分控制规律由于能反应输入信号的变化趋势，故在输入信号的量值 变得太大之前，基于其敏感变化趋势而具有的预见性，可为系统引进一个有 效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而提高系统的稳定性。 通过图6-7所示PD控制器对于匀速信号的响应过程，可清楚地看到微 分控制规律相对比例控制规律所具有的预见性，其中微分时间常数τ便是微 分控制规律超前于比例控制规律的时间。

§6-1 控制系统校正的一般概念
为改善系统的静、动态性能而加入的元件 或装置称为校正装置，又称校正元件。校正装 置的选择及其参数整定的过程称为控制系统的 校正。 二.校正方式 根据校正装置在系统中的安装位置，以及 它和系统不可变部分的连接方式的不同，通常 分为三种基本的连接方式。 1.串联校正 串联校正是指校正装置 Wc (s) 接在系统的前向通 道中，与系统的不可变部分W0 (s)成串联连接的 方式。
或
R2 + R1 = Kd > 1 R2
Ts + 1 1 Ts + 1 则超前校正传函 Wc ( s) = α = T αTs + 1 K d K d s + 1
§6-2.串联超前校正
②频率特性
jωT + 1 Wc ( jω ) = α (0 < α < 1) jωαT + 1
Im
ϕm ω =0
1−α 2
令 ϕ′(ω) =0 得
ωm =
1
αT
④超前网络的对数频率特性
L(ω ) = 20 lg α + 20 lg 1 + (ωT ) 2 − 20 lg 1 + (αωT ) 2
1 1 1 1 1 lg ωm = lg = lg = (lg + lg ) 2 2 T αT α T 2 αT 1
ωm恰好是两个交接频率的几何中点
0
-50 45 0 -45 -90 -135 -180 10
-1
10
0
10 Frequency (rad/sec)
1
10
2
L(w) 40 20
0.1
1
4.41 10

pd zd
传递函数为：W c s
哪个环节时间常数大， 哪个先起作用！
1 d
R2cs 1 R2c s 1 d
距虚轴越近，影响越大=！ss
频率特性为：
zd pd
其 中 ： dR1R 1R21
zd R12c，pd dZd
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W cj1d
jT1 j dT1
其 中 ： TR2C
第六章控制系统的校正与综合 17
校正装置的选择及其参数整定的过程，称为自动控制系统的 校正 。就是通常所说的控制系统的综合问题。
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第六章控制系统的校正与综合 5
(3) 前馈校正
前馈校正的信号取自闭环外的系统输入信号， 由输入直接去校正系统，故称为前馈校正。 前馈校正的目的：通常用来降低系统稳态误差。
按给定的前馈校正
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K 为 保 证 v 不 变 ， 不 改 变 低 频 段 特 性 ， 采 用 串 联 超 前 校 正 。
c 1 8 0 c c c
c c 0 c
c m a x c c 5 0 1 7 . 5 3 2 . 5
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按扰动的前馈校正
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特点：
1、由于其输入取自闭环外，所以不影响系统的 闭环特征方程式（即不影响系统的稳定性）。
2、前馈校正是基于开环补偿的办法来提高系统的
精度，所以前馈校正一般不单独使用，总是和
其他校正方式结合应用而构成复合控制系统，
以满足某些性能要求较高的系统的需要。
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（4）引前校举例 例6-1 一控制系统的传递函数为

第6章 控制系统 的校正
➢串联校正 ➢反馈主要讲述了控制系统的分析方法，即运用一些方法分析 给定控制系统的稳定性、动态性能、稳态性能。
设计问题则是一个与分析相反的过程，它是根据具体生产过程 的工艺要求来设计一个控制系统，使其性能指标满足工艺的要 求。
一般来说，校正属于设计的部分，校正的灵活性是很大的，为 了满足同样的性能指标，可采用不同的校正方法，对于同一个 要求可以设计出不同的控制系统，也就是说，校正问题的解决 方法一般都不是唯一的，这在一定程度上取决于设计者的习惯 和经验。
6.1.1 校正的概念
控制系统的设计要先确定系统的结构和参数，一般是指系统的 被控对象和执行元件，反馈测量元件，放大元件等组成情况和 它们的参数。它们都按各自的要求加以选定。
当被控对象给定后，按照其工作条件，根据控制信号应具有的 最大速度和加速度等要求，可以初步选定执行元件的形式和参 数，再根据测量精度、抗干扰能力、被测信号的物理性质、测 量过程中的惯性及非线性等因素，选择合适的测量元件。
知识准备
（五）决定是否需要将客户重新挽回
1．具体问题都属 于很容易解决并且 成本也不高的情况
2．系统性问题则会 是代价昂贵而又难以 修复的类型
例如，假设糟糕 的客户服务是导 致问题出现的根
源。
一、分析客户流失的原因
二、挽留流失客户的措施
三、恰当处理客户的抱怨
四、加强同客户的联系
五、经常检查自己的行 为
然后设计增益可调的前置放大器和功率放大器。一般来说，上 述元件一经选定，除了增益可以调节外，它们的结构和参数是 不再改变的，故常称为系统的不可变部分。
系统结构与校正框图
参考输入
放大 元件
不可变部分
执行 元件