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1、第六章第六章 控制系统的校正及综合控制系统的校正及综合6-1 什么是系统的校正？系统的校正有哪些方法？什么是系统的校正？系统的校正有哪些方法？6-2 试说明超前网络和之后网络的频率特性，它们各自有哪些特点？试说明超前网络和之后网络的频率特性，它们各自有哪些特点？6-3 试说明频率法超前校正和滞后校正的使用条件。试说明频率法超前校正和滞后校正的使用条件。6-4 相位滞后网络的相位角滞后的，为什么可以用来改善系统的相位相位滞后网络的相位角滞后的，为什么可以用来改善系统的相位裕度？裕度？6-5 反馈校正所依据的基本原理是什么？反馈校正所依据的基本原理是什么？6-6 试说明系统局部反馈对系统产生哪些主
2、要影响。试说明系统局部反馈对系统产生哪些主要影响。6-7 在校正网络中，为何很少使用纯微分环节？在校正网络中，为何很少使用纯微分环节？6-8 试说明复合校正中补偿的基本原理是什么？试说明复合校正中补偿的基本原理是什么？6-9 选择填空。在用频率法设计校正装置时，采用串联超前网络是利选择填空。在用频率法设计校正装置时，采用串联超前网络是利用它的（用它的（ ） ，采用串联滞后校正网络利用它的（，采用串联滞后校正网络利用它的（ ） 。A 相位超前特性相位超前特性 B 相位滞后特性相位滞后特性 C 低频衰减特性低频衰减特性 D 高高频衰减特性频衰减特性6-10 选择填空。闭环控制系统因为有了负反馈，能
3、有效抑制（选择填空。闭环控制系统因为有了负反馈，能有效抑制（ ）中参数变化对系统性能的影响。）中参数变化对系统性能的影响。A 正向通道正向通道 B 反向通道反向通道 C 前馈通道前馈通道 6-11 设一单位反馈系统其开环传递函数为设一单位反馈系统其开环传递函数为W （s）=K)2(4 ssK若使系统的稳态速度误差系数若使系统的稳态速度误差系数,相位裕度不小于相位裕度不小于，增益裕，增益裕120sKv050量不小于量不小于 10dB，试确定系统的串联校正装置。，试确定系统的串联校正装置。解解: ) 12/(2 )2(4)(ssK ssKsWK所以所以202)(lim 0 KssWKKsv10K)
4、 12/(20)(sssWK其对数频率特性如下其对数频率特性如下: L() (dB) -20 c=3.16 20 2 -40 其相频特性:2/arctan90)(000007 .1477 .57902/arctan90)(cc相位裕度相位裕度不满足要求不满足要求000503 .32)(180)(cc设校正后系统为二阶最佳设校正后系统为二阶最佳,则校正后相位裕度为则校正后相位裕度为,增益裕量为无穷增益裕量为无穷05 .65大。校正后系统对数频率特性如下：大。校正后系统对数频率特性如下： L() (dB) -20 20 40 -40 校正后系统传递函数为校正后系统传递函数为) 140/(20)(s
5、ssW因为因为所以串联校正装置所以串联校正装置)()()(sWsWsWKc140/12/ )()()(ss sWsWsWKc为超前校正。为超前校正。6-12 设一单位反馈系统，其开环传递函数为设一单位反馈系统，其开环传递函数为W （s）=K) 12 . 0(2ssK试求系统的稳态加速度误差系数试求系统的稳态加速度误差系数和相位裕度不小于和相位裕度不小于 35110sKa的串联校正装置。的串联校正装置。解：解：10)(lim20 KsWsKKsa所以所以) 15/(10 ) 12 . 0(10)(22sssssWK其对数频率特性如下其对数频率特性如下: L() (dB) -60 c=3.16 5
6、 -40 -8 其相频特性:5/arctan180)(000003 .2123 .321805/arctan180)(cc相位裕度相位裕度不满足要求，并且系统不稳定。不满足要求，并且系统不稳定。000353 .32)(180)(cc L() (dB) -60 c=3.16 5 -40 2 1 c1 -20 -60 -8 设校正后系统对数频率特性如上（红线所示）：设校正后系统对数频率特性如上（红线所示）：则校正后系统传递函数为则校正后系统传递函数为2 122 2 ) 15/)(1/() 1/(10)(sssssW因为在因为在时（见红线部分）时（见红线部分） ，则，则5dBL8)5(85lg201
7、c21c选取选取，则，则2 . 021255)/2(2510 )/()/(10)(1 1112 12 21 1ccc cA12511校正后系统传递函数为校正后系统传递函数为222) 15/)(1125() 12 . 0/(10)(sssssW其相频特性:2 . 0arctan2125arctan5arctan2180)(00000001110 1 23.351806 .4377.896 .1681802 . 0arctan2125arctan5arctan2180)(cccc相位裕度相位裕度满足要求。满足要求。00 10 13523.35)(180)(cc校正后的对数频率曲线如下：校正后的对数
8、频率曲线如下：因为因为所以所以)()()(sWsWsWKc) 15/)(1125() 12 . 0/( )()()(2sss sWsWsWKc校正装置为滞后校正装置为滞后-超前校正。超前校正。6-13 设一单位反馈系统，其开环传递函数为设一单位反馈系统，其开环传递函数为W （s）=K21 s要求校正后的开环频率特性曲线与要求校正后的开环频率特性曲线与 M=4dB 的等的等 M 圆相切，切圆相切，切点频率点频率 w=3,并且在高频段并且在高频段 w200 具有锐截止具有锐截止-3 特性，试确定校特性，试确定校正装置。正装置。6-14 设一单位反馈系统，其开环传递函数为设一单位反馈系统，其开环传递
9、函数为W （s）=K) 15 . 0)(12 . 0(10 ss要求具有相位裕度等于要求具有相位裕度等于 45 及增益裕量等于及增益裕量等于 6dB 的性能指标，的性能指标，试分别采用串联超前和串联滞后校正两种方法确定校正装置。试分别采用串联超前和串联滞后校正两种方法确定校正装置。6-15 设一随动系统，其开环传递函数为设一随动系统，其开环传递函数为W （s）=K) 15 . 0(ssK如要求系统的速度稳态误差为如要求系统的速度稳态误差为 10%，Mp=1.5,试确定串联校正试确定串联校正装置的参数。装置的参数。6-16 设一单位反馈系统，其开环传递函数为设一单位反馈系统，其开环传递函数为W
10、（s）=K) 100166. 0)(11 . 0(126 sss要求校正后系统的相位裕度要求校正后系统的相位裕度增益裕量等于增益裕量等于 10dB，,240)(cw穿越频率穿越频率 w1 rad/s,且开环增益保持不变，试确定串联滞后校且开环增益保持不变，试确定串联滞后校c正装置。正装置。6-17 采用反馈校正后的系统结构如图采用反馈校正后的系统结构如图 P6-1 所示，其中所示，其中 H（s）为校正装置，为校正装置，W （是）为校正对象。要求系统满足下列指标：（是）为校正对象。要求系统满足下列指标：2位置稳态误差位置稳态误差 e ()=0;速度稳态误差速度稳态误差 e ()=0.5%;.试试
11、pv)(cw45确定反馈校正装置的参数，并求等效开环传递函数。图中确定反馈校正装置的参数，并求等效开环传递函数。图中W (s)=2001W (s)=2) 11 . 0)(101. 0(10 ssW (s)=3s1 . 0W)(1s W)(2s W)(3s H(s) XrX)(srXC(S) 6-18 对于题对于题 6-17 的系统，要求系统的速度稳态误差系数的系统，要求系统的速度稳态误差系数K =200,超调量超调量，调节时间，调节时间 t2s.试确定反馈校正装置试确定反馈校正装置V%20% s参数，并绘制校正前，后的伯德图，写出校正后的等效开环传参数，并绘制校正前，后的伯德图，写出校正后的等
12、效开环传递函数。递函数。6-19 有源校正网络的如图有源校正网络的如图 P6-2 所示。试写出其传递函数，并说所示。试写出其传递函数，并说明可以起到何种校正作用。明可以起到何种校正作用。ur R2 R1 R3 R4 C uc (a) ur R1 R2 R3 C uc (b) 06-20 一有源串联滞后校正装置的对数幅频特性如图一有源串联滞后校正装置的对数幅频特性如图 P6-3（a）其电路图如图其电路图如图 P6-3(b)所示。已知所示。已知 C=1，求，求 R ,R 和和 R 的阻的阻F123值。值。10 -10 (a)C W 50 100 10 R3 R1 R2 Ro ur uc 6-21
13、一控制系统采用串联超前校正，校正装置的传递函数为一控制系统采用串联超前校正，校正装置的传递函数为 W(s)=,要求穿越频率为要求穿越频率为 1，超前网络提供，超前网络提供 25 的相位补的相位补c1) 1( ssTKcc偿，且补偿后系统穿越频率不变，试确定偿，且补偿后系统穿越频率不变，试确定 K 和和 T 之间的关系。之间的关系。cc6-22 控制系统的开环传递函数为控制系统的开环传递函数为W （s）=k) 11 . 0)(15 . 0(10 sss(1)绘制系统的伯德图，并求相位裕度；绘制系统的伯德图，并求相位裕度；(2)如采用传递函数为如采用传递函数为 W （s）=的串联超前校正装置，的串
14、联超前校正装置，c1049. 0137. 0 ss试绘制校正后系统的伯德图，并求此时的相位裕度。同时讨试绘制校正后系统的伯德图，并求此时的相位裕度。同时讨论校正后系统的性能有何改进。论校正后系统的性能有何改进。6-23 已知两系统（已知两系统（a）和）和(b)的开环对数幅频特性如图的开环对数幅频特性如图 P6-4 所示。所示。试问在系统（试问在系统（a）中加入什么样的串联校正环节可以达到系统）中加入什么样的串联校正环节可以达到系统（b） 。6-24 已知伺服系统开环传递函数为已知伺服系统开环传递函数为W (s)=K)25(2500 ssK设计一滞后校正装置，满足吐下性能指标：设计一滞后校正装置
15、，满足吐下性能指标：（1）系统的相位裕度系统的相位裕度45 ；（2）单位斜坡输入时，系统稳态误差小于或等于单位斜坡输入时，系统稳态误差小于或等于 0.01。6-25 已知单位付反馈系统开环传递函数为已知单位付反馈系统开环传递函数为W （s）=K) 12 . 0)(105. 0(sssK试设计串联校正装置，使系统试设计串联校正装置，使系统 K，超调量不大于，超调量不大于 25%，15 sV调剂时间不小于调剂时间不小于 1s.6-26 单位反馈小功率随动系统的开环传递函数为单位反馈小功率随动系统的开环传递函数为 W (s)=试设计一个无源校正网络，使系统的相位裕度不小于试设计一个无源校正网络，使系统的相位裕度不小于) 11 . 0(SSk45 ，穿越频率不低于，穿越频率不低于 50rad/s,并要求该系统在速度输入信号为并要求该系统在速度输入信号为100rad/s 作用下，其稳态误差为作用下，其稳态误差为 0.5rad/s.6-27 设有如图设有如图 P6-5 所示控制系统所示控制系统（1）根据系统的谐振峰值）根据系统的谐振峰值 M =1.3 确定前置放大器的增益确定前置放大器的增益p（2
