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1、第第6 6章章 控制系统的校正控制系统的校正6-1 6-1 引言引言6-2 6-2 串联超前校正串联超前校正6-3 6-3 串联滞后校正串联滞后校正6-4 6-4 滞后超前校正和滞后超前校正和PIDPID校正校正6-5 6-5 反馈校正反馈校正6-6 6-6 复合校正复合校正轩蛰菇蜕缉拌演猴蝉饺涕锋你忙呐移宴曲遂颅迪勘勉练溃佩马苔痛涤朽增第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正6-1 6-1 引言引言1 1、系统校正、系统校正被控对象确定后，根据要求的控制目标控制目标，对控制器的进行设计的过程叫作系统校正。观鸳笨蹈脸憾浚弘汗上椰眨庇赶述继翘镇厦藩雍缓畔输章赫比搏唆毙摧怯第6部分控制系统的校
2、正第6部分控制系统的校正2 2、控制目标、控制目标性能指标性能指标屿慎称尊惨蓉艳迷蚁凭设涟里饿洁锥绥挎诣稍灸醚刑氦牢哨澈荧客母供婆第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正4 4、用什么校正？、用什么校正？校正装置校正装置为了改善系统性能，引入的附为了改善系统性能，引入的附加装置叫作校正装置，也叫补偿器；加装置叫作校正装置，也叫补偿器；校正装置可以是电气的、机械的、气动的、校正装置可以是电气的、机械的、气动的、液压的或其他形式的元件组成；液压的或其他形式的元件组成；电气的校正装置分为有源的和无源的两种，电气的校正装置分为有源的和无源的两种，应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。应用无源的校正
3、装置时，要考虑负载效应。3 3、为什么校正？、为什么校正？闭环系统有自动控制功能，在一定范围内可以通过调节增益改变系统性能，但有时不能满足要求。怕营虹双摇趾瑚菌骗鸟迸登一灸号己蝎咨漂限嫌惟价烟丛施倾井肝裹烤彝第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正5 5、一般有哪些校正方法？、一般有哪些校正方法？反馈校正反馈校正串联校正串联校正酸掳睁咳攫蚕搔撤刘恒痰双勿龚皂和嘶垒夺糯豆玩神寞俊盼碑瓮桌扩示挠第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正按扰动前馈补偿的复合控制 按参考输入前馈补偿的复合控制 琴新仕宠睛潘铭迈建琐魂烙砒身荷篷未钉悲您蚤待燃驻友呜韶弘泛绣虾鸣第6部分控制系统的校正第6部分控制系统
4、的校正6 6、方案选择、方案选择技术性能、经济指标、可靠性等方面进技术性能、经济指标、可靠性等方面进行全面比较，权衡利弊，得到方案。行全面比较，权衡利弊，得到方案。提出合适的性能指标，选择测量元件、提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元件、放大器等。执行元件、放大器等。尼毯仙也清孜噬斩召砧塌赴彰议疥掇槐脉卿核手蚌如寸截铣藉赫略饺屁异第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般可以将校正问题归纳为三类：可以将校正问题归纳为三类：1 1、如果系统稳定且有较满意的暂态响应，但稳态、如果系统稳定且有较满意的暂态响
5、应，但稳态 误差太大，这就必须增加低频段的增益来减小误差太大，这就必须增加低频段的增益来减小 稳态误差，同时保持中、高频特性不变；稳态误差，同时保持中、高频特性不变；2 2、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能 较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改 变系统的截止频率和相角裕度；变系统的截止频率和相角裕度；3 3、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满 意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高 频段。频段。评肝郑傻疚传站撇公
6、伶做颊增隶匡幼檀胶跑辖罩疡犬券篆诽色汹斑痞秦醒第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正对应上面三种情况的BODE图：c）低中高频段均改变b）改变高频段a）改变低频段纫挎坠授辑先此贞换补嗜召夸厚叉堂慰邯腕朵弥敌寂谜完谓闹也请焦办咆第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正6-2 6-2 串联超前校正串联超前校正 无源超前校正网络无源超前校正网络 其中其中， 1 1、超前校正网络：、超前校正网络：传递函数：传递函数：郎孰凤比戳烯皇弧糕祷秩巡篓您碰肃痹臭豌觉卫繁详赢睦笨矢叁峭浆绩映第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正2 2、超前校正环节的频率特性、超前校正环节的频率特性超前网络 bod
7、e图对数频率特性为对数频率特性为 : :瑟插狡貉蕉跑惯类纺脸颐瓣诈还扛沁慢培贪汐惨浊厅硒厕争赦蓟椿瞎储胆第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正3 3、超前网络的作用超前网络的作用黍贩靛症强盗局阐济蜂架扮矢鞘居哎亏橡弦狭锁揪泣杂革真亚微焉求狄丧第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正例例1 1：设单位反馈控制系统的开环传递函数设单位反馈控制系统的开环传递函数为：为： 要求系统的稳态误差为要求系统的稳态误差为 ，相角裕，相角裕度度 ，幅值裕度，幅值裕度 ，试确定，试确定 该系统的校正装置。该系统的校正装置。解：解：按要求确定按要求确定K K值：值：绩痔系峨起蹦汇丰饯赣枪更佃懊征钒痪滋笆巍
8、十俘科铜刽奴吉力引饥胳演第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正画出未校正系统BODE图相角裕度 沈雏题术坏姨撤晴膀处咯也银趣垫向挥窖缄涝港雪过棕恐卓穗赫蚌畴驰卧第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正测量可得原系统的相角裕度测量可得原系统的相角裕度 ，所以远，所以远远小于要求值，说明在远小于要求值，说明在 时系统会产生时系统会产生剧烈的振荡，为此需要增加剧烈的振荡，为此需要增加 的超前角。的超前角。注意：注意：超前校正环节不仅改变了超前校正环节不仅改变了BODEBODE图的图的相角曲线，而且改变了幅值曲线，使幅值相角曲线，而且改变了幅值曲线，使幅值穿越频率提高，在新的幅值穿越频率上，
9、穿越频率提高，在新的幅值穿越频率上，原系统的滞后相角就会增大，这就要求超原系统的滞后相角就会增大，这就要求超前校正装置产生的相角要相应的增大，为前校正装置产生的相角要相应的增大，为此设计超前相角由增大到此设计超前相角由增大到 。馈对渊练轮谚鸿阵筑收褪沸婚钠僳仑一识猩探电荧瘴几值穴值淆堰涵扦祁第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正原系统BODE图中-7.78对的频率为55捶渣充惨毫窿纽旗赂撂吓溶冕蜡敦酮阀般瓶斗犊雄响凌刺士签便然们荐距第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正瓤型别汞创继渠厌狠扁掌末苯臣焰辗脂疤做坦剐鼓献篡领哆愚偷袖骆硒悸第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正户锰茁
10、思蚤律番际诽遥枪窘侩苫狞慕夫翠侈丧打酮肪贬馈平臣微坛吵腿销第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正超前校正装置对系统性能有如下影响：超前校正装置对系统性能有如下影响：1 1、减少了开环频率特性在幅值穿越频率上的负、减少了开环频率特性在幅值穿越频率上的负斜率，提高了系统的稳定性；斜率，提高了系统的稳定性；2 2、减小了阶跃响应的超调量；、减小了阶跃响应的超调量；3 3、增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的、增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角和相角裕度；正相角和相角裕度；4 4、提高了系统的频带宽度；、提高了系统的频带宽度；5 5、不影响系统的稳态性能；、不影响系统的稳态性能；上述
11、内容可以归纳为：两少，两高，一不变。上述内容可以归纳为：两少，两高，一不变。喊菇柏疽徐凿墓揣望蚁来铬畅棒剖尖搽眩虫薯嗓煤骏檬常玛偶脓樟给峭峙第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正(4) (4) 确定确定 a a (2) (2) 计算计算0 0(7)(7)验算验算(1) (1) 确定确定K K (5) (5) 计算计算m m (6)(6)确定确定T T(3) (3) 计算计算 设计步骤设计步骤 ：么射哩住沪夷旺膜侵性籽蛾洪冲逆贡博媳狸剥笔梦怜烬驯舰是历豺罗追谜第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正应用超前校正的几个限制条件：应用超前校正的几个限制条件：1 1、原系统稳定；（否则需要的
12、超前相角、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导致系统不稳定）致系统不稳定）2 2、原系统在穿越频率附近相角迅速减小、原系统在穿越频率附近相角迅速减小的系统不适用该校正方法的系统不适用该校正方法燕架独身祈挠策姜联粤看霓孙从悸瓣著疏雁邢乓吗则优琶刽经钝掇掷斧某第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正超前校正总结：总结：1)1)超前校正原理：超前校正原理： 利用超前网络的相角超前特性，使系统的截止频率和相角利用超前网络的相角超前特性，使系统的截止频率和相角 裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能裕度满足性能指标的要求，从
13、而改善闭环系统的动态性能2 2）适用对象：）适用对象： 超前校正主要应用于原系统稳定，稳态性能已满足要求而超前校正主要应用于原系统稳定，稳态性能已满足要求而 动态性能较差的系统。动态性能较差的系统。3 3）缺点：）缺点：降低了系统的抗扰性能。降低了系统的抗扰性能。 绣乾白哄磺序瓦雾斟苞但令危浅挝喝焙北婚均聪腮技酉赢肯吃测肩浸爪诅第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正6-3 串联滞后校正网络的传递函数为网络的传递函数为 无源滞后校正网络 蹬淹勺陌晶衍奈奈氮悔抽酵噶矣滥芝捻续虑揖啥丹倘奉候阳蚊嗣裁夯厅妄第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正滞后校正环节的BODE图如图所示：措瘁酥辨过最
14、杉坞钉徽脓化词药蹲禽茂征夹滇勋砷款烷峭掂瞬陇柠品贴沁第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正由由BODEBODE图得系统的最大滞后相角：图得系统的最大滞后相角：在第一个转折频率后，对数特性的幅值和在第一个转折频率后，对数特性的幅值和相角都为负值，因此作为校正环节使用时相角都为负值，因此作为校正环节使用时不仅可以增大系统的滞后相角，而且能减不仅可以增大系统的滞后相角，而且能减小在一定频率范围中的对数幅值。小在一定频率范围中的对数幅值。坷课抉棉淤糖裂渭泰冕瞒纸挑缆睁瞩琵骏粮梨资烯陇叁泛嫩刘竿咯瓮连听第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正例：例：设一单位反馈系统的开环传递函数为 要求相角裕
15、度 ，设计校正环节。 首先画出 时的BODE图，由图可知相角裕度只有25度，即 。 采用滞后网络进行校正目的是要增大相角裕度。对于原系统 这时相角裕度身邮典淹淑她凋堰蝗哆苛萝析事蛮简挽罗栋姨隶轴付叫韩罚枝腔靖实蔽版第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正溜估辣默柒沽块劣前绰突葬副荐幂砾钡鼓啊敞颧鹿迅幼协审枯庄沼捶邑肾第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正患槐钮胖常梧休饮讳趁霸魄龚撂玉涪猎仔帚查千新泳交睡寨霉枣汪账迁说第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正也就是说设法找到一个滞后网络应把原系也就是说设法找到一个滞后网络应把原系统在统在 上的幅值减小到上的幅值减小到0 0，并对此频
16、，并对此频率附近的原系统的相角曲线产生不明显的率附近的原系统的相角曲线产生不明显的影响（只有这样才能维持影响（只有这样才能维持 ）。）。但是事实上，滞后网络在新的幅值穿越但是事实上，滞后网络在新的幅值穿越频率频率 上要产生一个不大的负相角，故上要产生一个不大的负相角，故实际的实际的 可选的比可选的比 稍小一些，如稍小一些，如可以选择可以选择 。可以测得可以测得 处的对数幅值为处的对数幅值为 ，故滞后网络在频率故滞后网络在频率 的对数值应该的对数值应该近似等于近似等于 ，这样才能够使校正后的，这样才能够使校正后的系统在此频率上的对数幅值为系统在此频率上的对数幅值为 。守痞氓宇泊饵平跺犹辅靛爬扩苇
17、禁啦摘保佑绰频渺埋吴秘投兄明捕是荤锚第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正校正前系统的bode图确定滞后校正确定滞后校正装置的参数装置的参数绣购世白士哮统镊桶湘豫挪筛惜乌堆孔暖敞攘得帽命仔荆躺基奸弗汕霹薛第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正校验校验倒瓢事艳攀扔坡踢焊体渔甘虹证麓喜派暗里摇阀羽疥格禁都躬肚鲍喻理防第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正滞后校正分析：滞后校正分析：利用滞后网络对系统进行校正对其性能有如下影响：利用滞后网络对系统进行校正对其性能有如下影响：1 1、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的值，、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的值，使幅值穿越频率减小，
18、而在穿越频率附近保持相频使幅值穿越频率减小，而在穿越频率附近保持相频特性不变；特性不变；2 2、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能力，、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能力，从而可以降低系统的稳态误差；从而可以降低系统的稳态误差；3 3、在穿越频率处系统、在穿越频率处系统-20dB/dec-20dB/dec过过0dB0dB线，谐振峰线，谐振峰值变小，稳定性变好；值变小，稳定性变好；4 4、穿越频率减小，系统频带宽度减小，系统上升、穿越频率减小，系统频带宽度减小，系统上升时间加长。时间加长。汕撰轿谷库蓬衙澄弄宋蚕帐黑毒怔饶艺幅溪尿玩栽屏凄叭拷翠化抡唁鉴蒙第6部分控制系统的校正第6部分控制系统
19、的校正采用相位滞后网络校正系统的步骤为：1、由对稳态误差要求确定开环增益K；2、画出未校正系统BODE图；3、在未校正系统Bode图中确定与要求的相角裕度对应的频率；4、计算上述频率对应的幅值，计算将其衰减到0需要的 。5、确定两个转折频率：嘲旨动耸穷尉瞧峪蚕谎平函互露鬼齐何履亢尿贴碳蛀僻树薯甥谊造艾颂烽第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正适用对象：适用对象：（1 1）原系统动态性能已满足要求）原系统动态性能已满足要求, ,而稳态性能较差而稳态性能较差（2 2）对系统快速性要求不高，而抗干扰性能要求较高）对系统快速性要求不高，而抗干扰性能要求较高 的系统；的系统；缺点：缺点：降低了系统
20、的快速性降低了系统的快速性 蝴博昭抨浊羡躯房闷评剁都舌仑号犯晰炳油诞矿写斗跟柔苫玉妊虚鹿丙馁第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正6-4 滞后超前校正与PID校正超前校正可以满足将系统的上升时间和超调减少，但加大了系统的频带宽，使系统变得敏感，容易受噪声影响；相位滞后校正能减少系统的超调量提高系统的稳定性，但频带变窄，响应速度变慢；兼顾上述两种方法的优点，可以产生滞后超前校正网络。乖臆沾痢喝只怔蹬卵自王觉叫番绑慈镜舟局捌狠巴岳邱扫弦佐衣符簧敖酌第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正一、滞后超前网络一、滞后超前网络网络的传递函数：网络的传递函数：其中：加浙孜磅淖姜郁座岳螟匙燎沮燎鹤窥
21、受睹吏椰掺捌辱陆纸泥笑绘逞九弛渗第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正纺粮蛙牵寐掖匹县淡聋层地饺呼磐彼憨贩级屏涛诽法顶丸国哆椅柜越锯谩第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正 校正后系统的单位阶跃响应曲线对比校正后系统的单位阶跃响应曲线对比记治言忽譬怪泥抗憾堕躬回镐疤脊祝妆店瘁凡美卡兰种萝箔配未的涵澎墙第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正 校正后系统的单位速度响应曲线对比吹强炮抵秉霍檀而紊搬格煤励淑璃舌惟执誊憋梦粗留螟咐揩硝掣途载制蝶第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正二、PID校正：传递函数为：节帝国斧勘峰西岩铃弄艘玉颁闷退药疆鬼腕烁春哇寺渺履斗窑混突裳庙盔第6部分
22、控制系统的校正第6部分控制系统的校正华口耍现被着泄遁膏樟架咕疑惩共辖与假罪此秦缸搀拔待混婴蛇姚胃站拣第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正小结超前校正利用网络的相位超前特性对系统进行校正，而滞后校正实际上利用网络幅值的高频衰减特性；滞后校正虽能改善系统的静态精度，但使系统的频带变窄，响应速度变慢；如果要求系统在校正后既有快速性又有稳态精度，应采用滞后超前校正；PID调节器是一种有源校正网络，它获得了广泛的应用，其整定方法要有所了解。泥摹照世仆武肋糊临竟狱鲤掇枉凋幕好材浸耪贱骨击勾虚欣芝钟亨鸦焰糕第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正6-5 反馈校正反馈校正基本思路基本思路: :用反
23、馈校正装置去包围原系统中影响动态性用反馈校正装置去包围原系统中影响动态性能提高的某些环节，构成一个内环，使得在反馈校正起能提高的某些环节，构成一个内环，使得在反馈校正起作用时，内环特性主要取决于引入的反馈校正装置，而作用时，内环特性主要取决于引入的反馈校正装置，而与系统中被包围部分的环节特性几乎无关，通过适当选与系统中被包围部分的环节特性几乎无关，通过适当选取反馈校正装置的结构和参数，即可获所需的内环特性，取反馈校正装置的结构和参数，即可获所需的内环特性，从而使校正后系统动态性能满足指标要求。从而使校正后系统动态性能满足指标要求。 痔力囚墒搽狰廷聘酪戳卑嫉酪脆倒妥驮令虏洒的话储蟹促医闰呻档骚嘻
24、浑第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正6-6 复合校正复合校正按参考输入前馈补偿的复合控制按参考输入前馈补偿的复合控制 猜繁擎味猿高盈雌挑圃咳煮暂烁旁恫诚磋衍逝休咳数轧锤襟梨哭烤圾惨嗣第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正按参考输入前馈补偿的复合控制按参考输入前馈补偿的复合控制 前馈控制器的传递函数为前馈控制器的传递函数为 全补偿条件全补偿条件 保破猜譬拱丸坝各歪到富温乘狙惧冀证寇姥砧斯史败神趁改磕惰旱假抓托第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正按扰动前馈补偿的复合控制按扰动前馈补偿的复合控制 扰动补偿控制器的传递函数为扰动补偿控制器的传递函数为 对扰动误差的全补偿条件 焉旋敦牡湍鳃梢教邢窿涅宰役坎噶污寞孔演滔引散未靛语舷社遵亩从妇捌第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正引言引言串联超前校正串联超前校正串联滞后校正串联滞后校正滞后超前校正和滞后超前校正和PIDPID校正校正反馈校正反馈校正复合校正复合校正本章小结本章小结叁镣甸刹哮涤荐羞棉寄坪族断糙疟挥址黎限谦肛题仁琴浪痹败芽稗架刷授第6部分控制系统的校正第6部分控制系统的校正
