第七章控制系统的综合和校正资料重点

-2
(1) (2)
(1)校正前 (2)校正后 转角频率： ω1=1/(αT) ω2=1/T
(1) (2)
10
-1
10
0
10
1
Frequency (rad/sec)
第七章 控制系统的校正与设计
§7-2 控制系统的串联校正
最大滞后量： φ =0 ω
ωm =
1 T α = ω1 ω 2
sin φ max =
第七章控制系统的校正与设计72控制系统的串联校正同时改善系统的瞬态响应和稳态精度1校正装置如所示无源网络第七章控制系统的校正与设计72控制系统的串联校正滞后超前校正直接发生在中频段相位裕量增加w左移稳定性提高但响应速度减慢稳态性能基本不若把校正后的幅频线上移20lg即开环增益增大倍则不仅可使稳态精度得到提高而且可同时提高稳定性和响应速度
R(s) (2)并联校正 并联校正 + 将校正环节并接在原系 统中 分类： 分类：反馈校正 顺馈校正 特点： 特点：一般不附放大器， R(s) 所用器件较少
－
G1(s)
+
－
G2(s)
C(s)
Gc(s)
图7-2反馈校正
Gc(s) + +
－
+
G(s)
C(s)
图7-3顺馈校正
第七章 控制系统的校正与设计
L (ω )
60
db
20 db / dec
20db/ dec
0.1
40
20
加大开环增益，不能满足动 态特性。必须进行校正。
ωc
1
40 db / dec
2
ω
' C
0 0.01
20

1、PD调节器
Gc s K p Kd s
L
20 lg K p

K
p
Kd Kp
s
1

K p Ts
1
20
0
1


T
相当于超前校正
90
0

2、PI调节器
L
Gc
s

K
p

1 Ti s

Ti K p s Ti s

1
20 1
在机电控制系统中，为了改进反馈控制系统的性 能，人们经常选择各种各样的校正装置，其中最简
单最通用的就是PID控制器。模拟PID控制器 大多数是液压的、气动的、电气的和电 子型的，或是由它们构成的组合型。由 于微处理器的大量应用，许多变成了数 字型的。
大多数PID控制器是现场调节的，某 些PID控制器还具有在线自动调节能力。
顺馈校正
Gr s
Xi s Es
-
补偿器放在 系统回路之外
Gs Xos
不影响特征方程，只补偿由于 输入造成的稳态误差。
干扰补偿
当干扰直接可测量时
Xi s Es
- Y s
Gn s
G1 s
N s G2 s
X o s
不影响特征方程，只补偿由于 干扰造成的稳态误差。
控制工程基础
第七章 控制系统的性能分析与校正
性能分析——一个系统，元部件 参数已定，研究它能达到什么指 标，能否满足所要求的各项性能 指标；
综合与校正——若系统不能全面 地满足所要求的性能指标，就要 考虑对原系统增加些必要的元件 或环节，使系统能够全面地满足 所要求的性能指标。

K 20 83.4
(8)校正装置的传递函数
Gc
(s)
a
Ts 1 aTs 1
0.24
0.23s 0.06s
1 1
(9)校正后系统的开环传递函数
0.23s 1 83.4
20(0.23s 1)
Gk
(s)
Gc (s)G(s)
0.24
0.06 s
1
s(0.5s
1)
s(0.5s
1)(0.06 s
1)
①反馈校正 ②并联校正 ②顺馈校正
4 系统设计的一般原则
用频率法进行设计时，通常均在开环波德图上进行。
1)低频段：反映系统稳态误差（准确性）情况。（系统型次 和增益）希望提供尽可能高的增益，用最小的误差来跟踪输 入。 2)中频段（增益交点频率附近的频段）：反映系统的瞬态特 性（快速性、稳定性）。幅频特性曲线应当限制在20db/dec左右，以保证系统的稳定性。
3）系统是稳定的,但无论是稳态误差还是瞬态响应都不满意， 因此系统开环频率特性必须通过增大低频增益和提高增 益交点频率来改进。图 (c)说明了这种校正.
ω(rad/s)
(a)提高低频增益
6.2 串联校正
校正装置串联在控制系统的前向通路中，则称这种形式的校 正为串联校正。串联校正,又包括超前校正,滞后校正,滞后超前校正等。
3)高频段：反应系统抗高频干扰的能力。开环幅频特性曲线尽 可能快地衰减，以减小高频噪声对系统的干扰。
但无论采用哪种方法进行系统设计，本质上，都是在稳 定性、稳态精度以及瞬态响应这样三项指标上进行折衷 的考虑。
一个不满足性能指标要求,有待进行校正的系统,反映在它 的开环对数幅频特性上是不满足预期要求的。因此,对系 统的校正通常反映在要求对其开环对数幅频特性进行校正 上，要进行校正的开环对数幅频特性可分为以下几类：

08:09
8
7.2 校正的基本概念
7.2.2 校正方式
基本校正方式主要有三种： 基本校正方式主要有三种： 串联校正：校正装置G 与 1) 串联校正：校正装置 c(s)与 广义被控对象G 相串联位 广义被控对象 p(s)相串联位 于控制系统的前向通道中 于控制系统的前向通道中。串 联校正是基于偏差产生控制作 用原理的反馈控制系统的基本 结构。 结构。 反馈校正：专指校正装置位 2) 反馈校正：专指校正装置位 于反馈通道的情况 的情况， 于反馈通道的情况，反馈校正 从被校正对象后或其中引出反 馈信号， 馈信号，与被校正对象或其一 部分构成局部反馈回路。 部分构成局部反馈回路。 08:09
4
7.1 引言
控制系统设计要比其分析更为复杂
首先，设计问题的答案往往并不唯一， 首先，设计问题的答案往往并不唯一，通常可以采用多种 不同的控制方案来满足给出的控制要求； 不同的控制方案来满足给出的控制要求； 满足给出的控制要求 其次，在选择系统结构和计算参数的过程中， 其次，在选择系统结构和计算参数的过程中，很容易出现 相互矛盾的情况，此时需要针对要求提出折衷方案； 相互矛盾的情况，此时需要针对要求提出折衷方案； 不管是控制方案的优化选择，还是折衷方案的评价调整， 不管是控制方案的优化选择，还是折衷方案的评价调整， 需要综合考虑众多因素，既要考虑技术要求， 都需要综合考虑众多因素，既要考虑技术要求，又要考虑 经济性、可靠性、安装工艺、使用环境和能源等问题，还 经济性、可靠性、安装工艺、使用环境和能源等问题， 问题 要考虑提出的系统（或某些环节） 要考虑提出的系统（或某些环节）在物理上或技术上是否 能实现，因而远比系统分析复杂。 能实现，因而远比系统分析复杂。
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7.2 校正的基本概念