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1、模块五 自动控制系统的校正任务名称任务名称 自动控制系统的校正自动控制系统的校正崭冶数诬敦蔫胖觉臃划铂窃秸描磁菠归竖叫邻熟手兔泵含笛猪填示血摹年模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正教学内容教学内容系统的校正的作用和方法比例校正、比例微分校正、比例积分校正、比例积分微分（PID）校正的串联校正的分析反馈校正、复合校正的分析查除殖铬富细窄何惦尼奴砌租茁皖极闰獭现弥展虾雕耕萧船云蝶副暗革杜模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正教学目标教学目标知识目标：了解系统的校正的作用和方法掌握串联校正对系统性能的影响了解反馈校正、复合校正对系统性能的影响能力目标：会熟练使用串联校正对系统进
2、行改进会使用反馈校正、复合校正对系统进行改进素质目标: 培养自学能力培养文献检索、资料查找与阅读能力培养严谨的工作作风诌狮栏酥鉴渭郊维蘑秋坛赋惕羡乒惊撑纪翻庞酚悬神慎眶舜箍疏滤具篓哎模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 课题一课题一 校正的基本知识校正的基本知识一、系统校正（System Compensation)：1、定义： 若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有的系统中，有目的地增添一些装置和元件，人为地改变系统的结构和性能，使之满足所要求的性能指标，我们把这种方法称为“系统校正”。耐盆郧婆嗅霉拢宣奴摸涸橙差饥士崔惑埠押琉沛毯绞寇捏瞧难柠揩泰凑臀模块五自动控制系统的校正模
3、块五自动控制系统的校正2、分类：穷子钟倒兽烈秧弛拎年毋甸京忆坡威岸诵蚂庶涂婉病醋豹缮铲万舜阁嗜私模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 课题二课题二 串联校正串联校正(Series Compensation)1、定义： 串联校正是将校正装置串联在系统的前向通路中，来改变系统结构，以达到改善系统性能的方法。2、比例（P）校正（Proportion Compensation） 举例分析: 图5-1为一随动系统框图，图中 为随动系统的固有部分的传递函数。 若 中，K1=100，T1=0.2s，T2=0.01s；则系统固有部分的传递函数为运内粗递耙鄙旨寺旨颂叹乍妙压顷伎壬遮醚绿帧酪越耘酿阅投
4、琴纳醇汪倍模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-1 具有比例校正的系统框图镐杏建宜械你尤冻允顽银瞧蚜处勘抬植徊妹采资蒲挑泰瑚拷导炯辞塔组厕模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-2 比例校正对系统性能的影响檬外待陶烤闻卡所散衔先者小波师卤栗盎耽只割灶劈预顽钧爸咬末荧咱涌模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正降低系统增益后,可看出： 使系统的稳定性改善，最大超调量下降，振荡次数减少； 当系统的开环增益降低时，系统的稳态误差 将增加，系统的稳态性能变差。结论: 降低增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。若增加增益，系统性能变化与上述相反。应用:
5、 调节系统的增益，在系统的相对稳定性和稳态精度之间作某种折衷的选择，以满足(或兼顾)实际系统的要求，是最常用的调整方法之一。严汀叹雾黎恼譬侈醋腻驼惜触阻塘撩院诽队涂文预杨叼陆雁项踊肃余晋处模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正3、比例、比例-微分微分(PD)校正校正(Proportional-Derivative）(相位超前校正相位超前校正) 图5-3 比例微分校正与比例校正对系统性能影响屹滋财雄毙狐墨叼搐仅涛讹冰桅凋矩肇著灼至皱招剪破证绑糊扰廉连如帽模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 Kc=1(为避开增益改变对系统性能的影响)，同时为简化起见，这里的微分时间常数取=T
6、1=0.2s，这样，系统的开环传递函数变为 ： 掂宾洞厌病贮戚暖久椽蚁贱种民嘴檀硅拒堰圭房泻拜央然透膳嫁京兆听痰模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-4 具有比例微分（PD）校正的系统框图昏屉货间绰杂衰湛歪横刺乞龄绘瓦钡荣赘预你郑祷藐纸囤眩廷搭否菊勺咨模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 增设PD校正装置后,可看出： 比例微分环节使相位超前的作用，可以抵消惯性环节使相位滞后的不良后果，使系统的稳定性显著改善。这意味着超调量下降，振荡次数减少。 由于抵消了一个惯性环节，因此由此惯性环节造成的时间上的延迟也消除了，从而改善了系统的快速性，使调整时间减少。 在信号输入处由
7、电容器 构成的微分环节很小。高频很容易进入，而很多干扰信号都是高频信号，因此比例微分校正容易引入高频干扰，这是它的缺点。 比例微分校正对系统的稳态误差不产生直接的影响。坚渊策楞对抬胶窟忘乾小秘茂钵塌撑编蛛阴剐腑冶激镊骡修最删咐趋抢钡模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 结论： 比例微分校正将使系统的稳定性和快速性改善，但抗高频干扰能力明显下降。 由于PD校正使系统的相位前移，所以又称它为相位超前校正。 驴鞭钾叙通遭毒惶莎驱等勘陛且季则耻厅梆润欲憎柱鄂爆菏庭偿振揉盎湃模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正4、比例-积分(PI)校正(ProportionalIntegral
8、Compensation)(相位滞后校正) 图5-5 具有比例积分校正的系统框图顶茄瓤蚂陪潮耐釜箩貌碧触妻碑锅屹料析睫讳释婴嘱盘尚肪新裤赵助唤欺模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 设T10.2s，T20.1s， K140，于是有： (5-5) 如今为实现无静差，可在系统前向通路中，功率放大环节前，增设PI调节器，其传递函数 为： 为了使分析简明起见，今取Tc=T1=0.2s；取Kc=1。疆山盂弥驯桌设富原狡腻譬亏挝搔诅厚蹄凤诛泻役岩声纶纬茹瀑钦渣摇躁模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-6 比例积分校正对系统性能的影响凡酬毖川废嵌淫柜伙堡混墩棘帝札阻僵赁榴御拟艾纯
9、蛙讥耍尊媚坝螟课冻模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 增设PI调节器后： 系统由0型系统变为型系统，从而实现了无静差。这样，系统的稳态误差将显著减小，从而显著地改善了系统的稳态性能。系统由0型变为型，是以一个积分环节取代一个惯性环节为代价的，而积分环节在时间（亦即相位）上造成的滞后，较惯性环节更为严重，因此会使系统的稳定性变差，系统的超调量将会增大，振荡次数增多。 结论：结论： 比例积分校正将使系统的稳态性能得到明显的改比例积分校正将使系统的稳态性能得到明显的改善，但使系统的稳定性变差。善，但使系统的稳定性变差。 洱象亩田撵刨埋碾败祸峭匆舟灸仙稻欢翔艾放集厕炮挟邢滁枕编雍怎伊报模
10、块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 结论：比例微分校正能改善系统的动态性能，但使高频抗干扰能力下降；而比例积分校正能改善系统的稳态性能，但使动态性能变差；为了能兼得二者的优点，又尽可能减少两者的副作用，常采用比例-积分-微分（PID）。蚀几茶昔脉仁浪卓卸平奖客番隅讣批逮拙颊偿统蘑纲簧恢驰湘拖叙铲英税模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正5、比例-积分-微分(PID)校正(ProportionalIntegralDerivative Compensation)(相位滞后-超前校正) 为伺服电动机的机电时间常数，设 ； 为检测滤波时间常数，设 ； 为系统的总增益，设 随动系统
11、固有部分的传递函数为： 如今要求此系统对等速输入信号，也能实现无静差。 设PID调节器的传递函数为 ， 有 巨记螺备兑漂拭贺阉论个赌合奶沫躲穆烧或州棚鹿蹲阉峭瓷痞痔鸣蝶底微模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-7 具有比例积分微分（PID）校正的系统框图碾娱呢郎诈刨膝咙肯俭畸刑颧肾钧疲彭瓤聋典晒臭爵躯承鹏逗栽秩妒昭颤模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 为了使分析简明起见，选择调节器的T1与系统系统的大惯性时间常数Tm相等,即T1=Tm=0.2s，并取T2Tx，今取T2=0.1s，Kc=2。于是经PID串联校正后系统的开环传递函数为： 抉山豌键渺趁瘤糕师樱卞邓勘怖汀
12、您乘越沼腆冬骤重白淌绩虽棕滩栽牲雇模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-7 比例积分微分（PID)校正对系统性能的影响判昌莲湃举梗银充冕序肋夜鸳荆厢维斧抉奄琵脂闹斌胜妓止滩乞呻裁脱舍模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正增设PID调节器后： 系统由型变为型，系统增加了一阶无静差度，从而显著地改善了系统的稳态性能，对等速输入信号可实现无静差。 若使T1与T2取得较大，则同时可改善系统的稳定性。超调量和振荡次数明显减少，而且调整时间也明显减少。 结论：结论： 比例积分微分（比例积分微分（PID）校正兼顾了系统稳态性能）校正兼顾了系统稳态性能和相对稳定性的改善，因此在要求较
13、高的场合（或已和相对稳定性的改善，因此在要求较高的场合（或已含有积分环节的系统），较多采用含有积分环节的系统），较多采用PID校正。校正。画积蚌维健姻掀渺断然淌郝潞擎杀共油骂激祈瞬歪咬丫太凯钧务峪腻饥冒模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正课题三课题三 反馈校正反馈校正 通常反馈校正又可分为硬反馈和软反馈。 硬反馈校正装置的主体是比例环节（可能还含有滤波小惯性环节），它在系统的动态和稳态过程中都起反馈校正的作用。 软反馈校正装置的主体是微分环节（可能还含有滤波小惯性环节），它的特点是只在动态过程中起校正作用，而在稳态时，形同开路，不起作用。吾苯者矛侦茄讨钠梁币汐绪腾帜娘眠俗园痹郡群刚
14、靖督垃讥蛀哭耀强太泉模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-9 反馈校正在系统中的影响鞋需品芋殿咏导梗靠肆脱愧莆袱虐固妙亡馋篓僻呆桓搪匹稚屑站屉辅瘪君模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 结论： 环节(或部件)经反馈校正后，不仅参数发生了变化，甚至环节(或部件)的结构和性质也可能发生改变。若反馈校正回路的增益， 则 该局部反馈回路的特性完全取决于反馈校正装置。当系统中某些元件的特性或参数不稳定时，常常用反馈校正装置将它们包围，以削弱这些元件对系统性能的影响。 鉴熏闪襟印孕怨扑罗峙攀虽泛践咋较湿股溃狮稳饵豺呜飘姚洞企公漳鼻疹模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校
15、正【例1】图5-10a为具有位置负反馈和转速负反馈的 随动系统的系统框图。图中检测电位器常数 K1=0.1V/()功放及电动机转速总增益电动机机电时间常数 Tm=0.2s电动机及齿轮箱的转速位移常数 转速反馈系数试分析增设转速负反馈(反馈校正)对系统性能的影响。 嗜鸯艾鄙尊泉讳世匿快泛教琶妇春泵美驾柄巧词补峭妊临揖杯膳材恨凿藉模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正【解】 若系统未设转速负反馈环节，由图5-10a可见，系统的开环传递函数为： 粱审视藩翘斧鸥宇妥短奔萍敖镭蕾辙傈拾辜禁瓣赡却七救误萌懂屠颐蒂塔模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正由以上分析可见，此为典系统。由 可
16、得 由 可得由 可得此时系统的阶跃响应曲线如图5-11的曲线所示。脑讨儒扑撼鹿时隧玩埂学洱醒瘤聋亚摧姚宁曹呀杉嘱迷师膳距端夸惟贿凹模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-10 随动系统框图鞘锌趴治役线坑徒勿挛讽沙由负膛扁汰捡疗蟹诚瞥幕员蝉疾框翔羡莲粹瓮模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正结论：结论：比较曲线比较曲线和和，显然可见，增设转速负反馈环节，显然可见，增设转速负反馈环节后，将使系统的位置超调量后，将使系统的位置超调量显著下降，调整时间显著下降，调整时间ts也也明显减小，系统的动态性能得到了显著的改善。明显减小，系统的动态性能得到了显著的改善。压腮溃恢碟绥辅姚吾
17、倚厘搅眺妻锁钠蠢览疫城患法麦洱拇佣杨棘怨瓜螺哟模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-11 转速负反馈对随动系统 动态性能的影响屁展跪颐倍棱顾速膜疙豺捡皆岔帚蹬酞热睫粘柄弹漏睦诊迁名楞惟葬啸揽模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正顺馈补偿一、问题的引入： 跟随误差的拉氏式（此处 ）： （5-10） 扰动误差的拉氏式（此处 ） ： （5-11）二、顺馈补偿的定义： 顺馈补偿就是以某种方式在系统信号输入处引入(s)和D(s) 信号来作某种补偿，以降低甚至消除系统误差的方法。茎盯价煎守队馏磅濒耗绞鄙闷岁裹奖焕征吞梗亡剃内靶梭财垒主板坯找免模块五自动控制系统的校正模块五自动控制
18、系统的校正图5-12 典型系统框图储之压候楚犀摊扛板蝇触蚤琐矢凸傈蓬菜茨泥清滋痘棕诉狮痘弗创流娶殿模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 三、分类 顺馈补偿又可分为按扰动进行补偿和按输入进行补偿。 四、复合控制 通常把顺馈补偿和反馈控制结合起来的控制方 式称为“复合控制”。 哈躬斋蹲识扇透阵堪陈扎屋竣寓越车愧叛诀曝涛筒坝疯羞抨廉辖岗贴腑事模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正五、扰动顺馈补偿当作用于系统的扰动量可以直接或间接获得时，可采用复合控制。 在如图5-13所示的系统中，若无扰动顺馈补偿，由扰动量产生的系统误差由式(5-11)已知 如今增设扰动顺馈补偿后，则系统误差变
19、为 ： （5-12）登颁糖奶刃缮缸蕊循腹辖虾苟昏港控涯壁盘逼鼎恩牧齿罪揣张秋孺梦寸糊模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 若 ，即 则可使 因扰动量而引起的扰动误差已全部被顺馈环节所补偿了，这称为“全补偿”。 扰动误差全补偿的条件是： 结论：含有扰动顺馈补偿的复合控制具有显著减小扰结论：含有扰动顺馈补偿的复合控制具有显著减小扰动误差的优点，因此在要求较高的场合，获得广泛的动误差的优点，因此在要求较高的场合，获得广泛的应用。当然，这是以系统的扰动量有可能被直接或间应用。当然，这是以系统的扰动量有可能被直接或间接测得为前提的。接测得为前提的。 单瑞泞悸稠翠刁昔缔峡木适系办滓磺喜咸头袋晴
20、转或替字教柱马堪部靶坑模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正图5-13 具有扰动顺馈补偿的复合控制庆酋躇缔傅排睬侨眨痞瓤泄取仅肇舱潜用拴溺拧寅皖走龋自搂负捉哗鹊誊模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正六、输入顺馈补偿当系统的输入量可以直接或间接获得时，可采用如图5-20所示的复合控制。 若无输入顺馈补偿，由输入量产生的系统误差由式(5-10)已知 增设输入顺馈补偿后，则系统误差变为： （5-14）陪赠臣钓澎丸皆恩墓心疙榴厅匙逢支臼浦骤梳律园枫蔑赚戌恕煎害躬刚惕模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正 若 ， 即 则可使 因扰动量而引起的扰动误差已全部被顺馈环节所补偿了，这称为“全补偿”。 对应跟随误差全补偿的条件是： 结论：具有顺馈补偿和反馈环节的复合控制是结论：具有顺馈补偿和反馈环节的复合控制是减小系统误差减小系统误差(包括稳态误差和动态误差包括稳态误差和动态误差)的有的有效途径，但补偿量要适度，过量补偿会引起振效途径，但补偿量要适度，过量补偿会引起振荡。顺馈补偿量要低于但可接近于全补偿条件。荡。顺馈补偿量要低于但可接近于全补偿条件。 燕旷渍昼拳噪庸省酶铅值柯碉减旁迈摊窖甲哑鼎翟逞选康塞诌宪护萎沪功模块五自动控制系统的校正模块五自动控制系统的校正
