《自动控制理论第版邹伯敏》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制理论第版邹伯敏（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、贬翌匣栽浸耶柑篙蹋炕枢曝额靛热响踪杜滓坏番愧古测拈具耍堂椿庶挡征自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏第六章第六章控制系统的校正控制系统的校正自动控制理论自动控制理论蔑镑讽轴烫涸聂锹祁缅恋式莫呆靠镭肃辰垄梦壹按瞅咯莫舒癌殴跺括帅寄自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏1第一节第一节 引引 言言一、基本概念一、基本概念1 1、系统校正、系统校正 被控对象确定后，根据要求的被控对象确定后，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。对控制器的进行设计的过程叫作系统校正。伐底硷砂童秤徽借问癸箔贷噪讳泳尝肺胁雇窟闯杂毡痴睁糕知咬詹市砒簧自动控制理论第版邹伯敏自动控制理
2、论第版邹伯敏22 2、控制目标、控制目标性能指标性能指标厂眷桶偶舱舔缸扮体宵茨波如攻畜床韵麦谢虚亏善傀颐饿项督解凹俘酝卤自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏34 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，引入的附加装为了改善系统性能，引入的附加装置叫作校正装置，也叫补偿器；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、液压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；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，应用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。无源的校正装置时，
3、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，但有时不能满足通过调节增益改变系统性能，但有时不能满足要求。要求。烈珍串丈寓潜瓦塑芋遇辰壁惰已达仰镣竹悲海置原摊致仍触钦抄美坡蝗姬自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏45 5、一般校正方法、一般校正方法反馈校正反馈校正串联校正串联校正多凸祟清沈珍旷印涎灾挽剪款句囚驮拆证楞书帜厘让钨猎情溺铰撅因买垫自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏5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 辞视择迁耶锹抠虎茶互键苯内俗殃吉贯瘸
4、痰俗中月洱卒岂香签蜡久本丁恭自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏66 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。研淬专捡翅稠侧狄渗秉字漠核牙访利吼霓液翁霹弱摆翅感硕止扯作劣糊叔自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏7二、期望的开环频率特性二、期望的开环频率特性1 1、开环频率特性与闭环性能之间的关系、开环频率特性与闭环性能之间的关系开开环环频频率率特特性性低低频频
5、段段: :表表征征了了闭闭环环系系统统的的稳稳态态性性能（稳态误差）；能（稳态误差）；开开环环频频率率特特性性的的中中频频段段: :表表征征了了闭闭环环系系统统的的动动态态性能（振荡性、超调、相对稳定性等）；性能（振荡性、超调、相对稳定性等）；开开环环频频率率特特性性的的高高频频段段: :表表征征了了闭闭环环系系统统的的复复杂杂性和性和噪声抑制噪声抑制能力。能力。 含频断拭吨隶字递井脆顺座渭属讯刚呼审搀佩丫财绚古央帆引报嫡买殃霹自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏82、期望开环系统频率特性的形状、期望开环系统频率特性的形状低频段：增益充分大低频段：增益充分大，以保证稳态误差要求；，以保
6、证稳态误差要求；中中频频段段：对对数数幅幅频频特特性性斜斜率率一一般般为为20dB/dec，并并占占据据充充分分宽宽的的频频带带，以以保保证证具具备备适适当当的的相相角角裕裕度；度；高高频频段段：增增益益尽尽快快减减小小，以以削削弱弱噪噪声声影影响响。若若系系统统原原有有部部分分高高频频段段已已符符合合这这种种要要求求，则则校校正正时时可可保持高频段形状不变，以简化校正装置的形式。保持高频段形状不变，以简化校正装置的形式。倔惟坠俏扰涯地朵惫玻豹嘶以托擂应潍柄函勒糕梦哆沼挎炎绦庸肺股农阐自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏9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
7、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
8、、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。岗喉秩雪剖旺洲曰购萨祈派盼与涧空拳拇菩捡攀配化尾爽汾蝴闷诧煌扭蜗自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏10第二节第二节 超前校正超前校正1 1、超前校正装置的传函和、超前校正装置的传函和BodeBode图图零极点分布图零极点分布图拈娶频卖研新却挡瘸瘁呀焦搁侮札鲍捎茁谗庄基偷擞庶茎欣帜荡晾嘘逻竹自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏1110-210-11001010510152010-210-1100101010203040506020dB/dec
9、20dB/dec =10=10，T T=1=1 m m超前校正环节的Bode图勉通硅滇跟眶片青措硫垛蹈篱珍闯疼烛忘凶拓援储锥山苇蔬公岁莆侍星脾自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏12故在最大超前角频率故在最大超前角频率故在最大超前角频率故在最大超前角频率 mm处的最大超前角处的最大超前角处的最大超前角处的最大超前角 mm为为为为 最大超前角频率最大超前角频率最大超前角频率最大超前角频率求导并令其为零求导并令其为零求导并令其为零求导并令其为零在最大超前角频率在最大超前角频率在最大超前角频率在最大超前角频率 mm处的幅频为处的幅频为处的幅频为处的幅频为二、超前校正环节的特性二、超前校正环节
10、的特性龟遭抠矣憋眨乾函递铸扭狂符揽曰涎仟未践辕含绕哆肥秆及林麓咖娜酚设自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏1310-210-11001010510152010-210-1100101010203040506020dB/dec20dB/dec =10=10，T T=1=1 m m1.1.mm正好处于两个转折频正好处于两个转折频正好处于两个转折频正好处于两个转折频率率率率的几何中心。的几何中心。的几何中心。的几何中心。2.2.mm处的对数幅频为处的对数幅频为处的对数幅频为处的对数幅频为10lg10lg 。3.3.最大超前角最大超前角最大超前角最大超前角 mm只与参只与参只与参只与参数数数数
11、 有关，二者之有关，二者之有关，二者之有关，二者之间单调间单调递递增增增增。当。当。当。当 =4=42020， mm =42=42 65 65 ，当，当，当，当 20 20， mm 增加不多。增加不多。增加不多。增加不多。采峦睛殉天糖俐搜嘻雌舟病芍懈佬皱抿芥稿嘲虱凛姚掀俊史练鲜舅央棺蔚自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏14三、超前校正环节的设计原理三、超前校正环节的设计原理频率法对系统进行校正的基本思路是：频率法对系统进行校正的基本思路是：频率法对系统进行校正的基本思路是：频率法对系统进行校正的基本思路是：通过所通过所通过所通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，使校加校正装置
12、，改变系统开环频率特性的形状，使校加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，使校加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，使校正后系统的开环频率特性具有如下特点：正后系统的开环频率特性具有如下特点：正后系统的开环频率特性具有如下特点：正后系统的开环频率特性具有如下特点：用频率法对系统进行用频率法对系统进行用频率法对系统进行用频率法对系统进行串联超前校正的基本原理：串联超前校正的基本原理：串联超前校正的基本原理：串联超前校正的基本原理：是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的是利用超前校正网络的相位超前特性来
13、增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率频率频率频率( (剪切频率剪切频率剪切频率剪切频率) )处。处。处。处。中频段中频段中频段中频段：幅频特性的斜率为幅频特性的斜率为幅频特性的斜率为幅频特性的斜率为-20dB/dec,-20dB/dec,并具有较宽的并具有较宽的
14、并具有较宽的并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；高频段高频段高频段高频段：要求幅值迅速衰减，以减少噪声的影响。要求幅值迅速衰减，以减少噪声的影响。要求幅值迅速衰减，以减少噪声的影响。要求幅值迅速衰减，以减少噪声的影响。低频段低频段低频段低频段：用以满足稳态精度的要求；用以满足稳态精度的要求；用以满足稳态精度的要求；用以满足稳态精度的要求；瑶哉竖激御田渡吨锨尤彦几蝉胯蛹诈痉旭刀稳疼疚柠壶换帮塘精诉苗怯蹲自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏
15、15败螟燃猎侍潭卷酮墒沦哗俊意锻汀寻麻卖美肌姨犯森腕张喘舱槛雇缠碟修自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏16 校正环节对校正环节对校正环节对校正环节对低频特性低频特性低频特性低频特性无影响，无影响，无影响，无影响，对稳态性能无影响。对稳态性能无影响。对稳态性能无影响。对稳态性能无影响。日钨金燃堤雾援惧旨怕愉初略盛耗吁裳扫井农物鬃形蔼忱钻捞硝麦惦焚扮自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏171. 1.幅频特性的斜率为幅频特性的斜率为幅频特性的斜率为幅频特性的斜率为-20dB/dec-20dB/dec；2. 2.较宽的频带；较宽的频带；较宽的频带；较宽的频带；3. 3.足够的相位裕量
16、。足够的相位裕量。足够的相位裕量。足够的相位裕量。10-210-11001010510152020dB/dec20dB/dec m m邱镀慕眷问钎涛除旁赠昆貌湾任板园懈柄假请直颤义俘袭馆栓揭魁书唆悉自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏18高频段高频段高频段高频段抬高，抗高频干扰能抬高，抗高频干扰能抬高，抗高频干扰能抬高，抗高频干扰能力有所下降，有一定影响力有所下降，有一定影响力有所下降，有一定影响力有所下降，有一定影响10-210-11001010510152020dB/dec20dB/dec m m派固廉竖脂椎淄肌袍腆霉面孕评疹川浚潦娩泡录苏倡朋兽功孵藕窒弃评碍自动控制理论第版邹伯敏
17、自动控制理论第版邹伯敏19 (1) 根根据据给给定定的的系系统统稳稳态态性性能能指指标标，确确定定系系统统的的开开环增益环增益K；(2) 绘绘制制在在确确定定的的K值值下下系系统统的的BodeBode图图，并并计计算算其其相角裕度相角裕度g g 0 ；(3) 根根据据给给定定的的相相角角裕裕度度g g ，计计算算所所需需要要的的相相角角超超前量前量j j0 考考虑虑到到校校正正装装置置影影响响剪剪切切频频率率的的位位置置而而留留出出的的裕裕量，上式中取量，上式中取四、超前校正环节的设计步骤四、超前校正环节的设计步骤刘鹿担旗湿锨磋臣棒崩惩怒狼拱挞郎终赤羽侈晋佛未冬泅班毡胞娇焰信侈自动控制理论第版
18、邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏20(4)令超前校正装置的最大超前角令超前校正装置的最大超前角 并按下式计算校正网络的系数并按下式计算校正网络的系数a 值值 如如j jm 60，则则应应考考虑虑采采用用有有源源校校正正装装置置或或两两级级无无源超前网络串联源超前网络串联； 嗣琳饲勘吓篆汇敬韩琼租藐努街琢寅矣镀呜帘娘釉敷溯州免泻声疫罢愁渡自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏215. 5.校正后校正后校正后校正后 c c= = mm。成立的条件是成立的条件是成立的条件是成立的条件是10-210-11001010510152020dB/dec20dB/dec m m蚌漾搀念厂莱泅申轴驶钎游冒摸敦
19、箔辉挪贺嘘灯肢寐摔谊罪输劈奥迈啃市自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏22(6) (6) 确定超前校正装置的交接频率确定超前校正装置的交接频率(7) (7) 画画出出校校正正后后系系统统的的BodeBode图图，验验算算系系统统的的相相角角稳稳定定裕裕度度。如如不不符符要要求求，可可增增大大e e 值值，并并从从第第3 3步起重新计算步起重新计算；(8) (8) 校校验验其其他他性性能能指指标标，必必要要时时重重新新设设计计参参量量，直到满足全部性能指标直到满足全部性能指标。扭虹劈吝势话淫沁玲嚷影蒂拥莫启粹侍隘萨除疙比滋厨猜磁疙拍舆依晾酬自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏23
20、五、超前校正环节的设计举例五、超前校正环节的设计举例解：解：解：解：1 1、根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K K。例例例例6-1 6-1 设控制系统如图所示，其开环传递函数设控制系统如图所示，其开环传递函数设控制系统如图所示，其开环传递函数设控制系统如图所示，其开环传递函数R R( (s s) )C C( (s s) )要求已校正系统在单位斜要求已校正系统在单位斜要求已校正系统在单位斜要求已校正系统在单位斜坡函数输入信号作用时，坡函数输入信号作用时，坡函数输入信号作用时，坡
21、函数输入信号作用时，位置输出稳态误差位置输出稳态误差位置输出稳态误差位置输出稳态误差相位裕度相位裕度相位裕度相位裕度 ，试设计串联超前校正装置。试设计串联超前校正装置。试设计串联超前校正装置。试设计串联超前校正装置。，取取取取K K=100=100缀预舅穆音挡搽赚滤的遣轮白拂跌枯吞创罗势很瓣锹拥纠砾净造欣彪回郭自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏242 2. .根据根据根据根据相位裕量要求估算超前校正装置的相位超前量相位裕量要求估算超前校正装置的相位超前量相位裕量要求估算超前校正装置的相位超前量相位裕量要求估算超前校正装置的相位超前量3 3. .根据所确定的最大相位超前角根据所确定的最
22、大相位超前角根据所确定的最大相位超前角根据所确定的最大相位超前角 mm算出算出算出算出的值的值的值的值4 4. .求校正后系统的开环幅值穿越频率求校正后系统的开环幅值穿越频率求校正后系统的开环幅值穿越频率求校正后系统的开环幅值穿越频率 5 5. .确定校正网络的时间常数确定校正网络的时间常数确定校正网络的时间常数确定校正网络的时间常数T T=0.014s=0.014s眯沦岁隧湘贷粪综塌齐乃核平楷审脆困花蛹抛少钝耳僧侥纯笔沥埂泵空孵自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏25校正装置传递函数校正装置传递函数校正装置传递函数校正装置传递函数6. 6.画出校正后系统的波德图并验证其相角裕度。画出
23、校正后系统的波德图并验证其相角裕度。画出校正后系统的波德图并验证其相角裕度。画出校正后系统的波德图并验证其相角裕度。 校正后系统的校正后系统的校正后系统的校正后系统的开环传递函数为开环传递函数为开环传递函数为开环传递函数为 校正后系统的相位裕量为校正后系统的相位裕量为校正后系统的相位裕量为校正后系统的相位裕量为满足系统的性能指标要求。满足系统的性能指标要求。满足系统的性能指标要求。满足系统的性能指标要求。 仁篇况闻傈吊惠悔朔细戊甥筛音贡珐拦版恳紊儒鸳灰妥褪睡哮淀胸颅豺捣自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏26校正后系统的Bode图夕盲稍腐昧桑又诗暮鹅芒嘉床侦槽跨沁欢便詹褂噬极苑粤申塘伍
24、巍运惹瞅自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏27例例6-2 设设型型单单位位反反馈馈系系统统原原有有部部分分的的开开环环传传递递函函数为数为 要要求求设设计计串串联联校校正正装装置置，使使系系统统具具有有K12及及40的性能指标的性能指标。毁门帐惭芹定典善蒂钡香灭暂胡茶膨谈的走棕回县释共碧格惑柏崔禄帆嘛自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏28解解 ：（1）当当K12时时，未未校校正正系系统统的的Bode图图如如下下图图中中的的曲曲线线G0（蓝线），可以计算出其幅值穿越频率频率（蓝线），可以计算出其幅值穿越频率频率c1 。101020-10-40dB/dec3040-30-200
25、.110.50.210-20dB/decGcGo20dB/dec20lg12GL(w)/dBw郴爵枪廊侨猿怎匪括再漆穷褂豪广敛蝶媚绰情碴候朱硕垄荧夫黄逃丧哀肤自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏29 由由于于BodeBode曲曲线线以以40dB/dec40dB/dec的的斜斜率率与与零零分分贝贝线线相交于相交于c c1 1 ，故存在下述关系：，故存在下述关系： 所以所以 租铲快渐卯砰零沂遥叶芽赘霜酥淘牺让佣玩堰曙嗓叫筑食俘氟厕挽航店进自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏30（2）确定未校正系统的相角裕度：）确定未校正系统的相角裕度： （3）为为使使系系统统相相角角裕裕量量满满足
26、足要要求求，引引入入串串联联超超前前校校正正网网络络。在在校校正正后后系系统统幅幅值值穿穿越越频频率率处处的的超超前前相相角角取取为为(也也可可取取其其他值他值)吭锭休爽反讫铁詹滇砸倦陷挤鸣靡朋拟赎仅罚忙淆咖株咬妒屿曝脱巫剁蛇自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏31(4)、因此、因此(5)在在校校正正后后系系统统幅幅值值穿穿越越频频率率 处处校校正正网网络络的的增增益益应应为为10lg4.606.63dB。 根根据据前前面面计计算算c1的的原原理理，可可以以计计算算出出未未校校正正系系统统增增益益为为6.63dB处的频率即为校正后系统之幅值穿越处的频率即为校正后系统之幅值穿越c2，即，
27、即肃隆话训捏熬绊悍汇橙京奏胆鳖蒂溢垃间鳃免国铡瞎区貉皇识甲髓业担馋自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏32（6）因此，校正网络的两个转折频率分别为）因此，校正网络的两个转折频率分别为 则经超前校正，系统开环传递函数为则经超前校正，系统开环传递函数为盎芋挠衫概非二阵锚栖既巢袖憋埠拼英淄俱厘欲富滨泪瑶踏率蓉枫搽碾胡自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏33(7)(7)校正后的相角裕度为校正后的相角裕度为 符合给定相角裕度符合给定相角裕度40的要求的要求。 旋女吧碾祟土缝恩剂皑乓褪榔歼绍俯撕娄净伺螟据撕科飘冒喜兰供挖雕顶自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏34确定开环增益确定开
28、环增益K稳态误差的要求稳态误差的要求画出未校正系统的波特图画出未校正系统的波特图,并求并求未校正系统的未校正系统的开环对数幅频开环对数幅频特性在幅值穿特性在幅值穿越频率处的斜越频率处的斜率为率为-40dB/dec-60dB/dec求未校正系统幅值为求未校正系统幅值为-10lga处的频率处的频率满足要求？满足要求？结束结束YN煮炼皇畴近迄襟贰横愉渍狈孕茫舷祈另氯殊滞猴洛雾莉仰辐拍夷汛缄芝纂自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏35六、超前校正环节的设计小结六、超前校正环节的设计小结 超前校正一般能较有效地改善动态性能，但未校正系超前校正一般能较有效地改善动态性能，但未校正系超前校正一般能较
29、有效地改善动态性能，但未校正系超前校正一般能较有效地改善动态性能，但未校正系统的相频特性在截止频率附近急剧下降时，若用单级统的相频特性在截止频率附近急剧下降时，若用单级统的相频特性在截止频率附近急剧下降时，若用单级统的相频特性在截止频率附近急剧下降时，若用单级超前校正网络去校正，收效不大，可采用两级超前校超前校正网络去校正，收效不大，可采用两级超前校超前校正网络去校正，收效不大，可采用两级超前校超前校正网络去校正，收效不大，可采用两级超前校正装置或有源校正装置。正装置或有源校正装置。正装置或有源校正装置。正装置或有源校正装置。1 1 1 1、基于上述分析，可知串联超前校正有如下特点、基于上述分
30、析，可知串联超前校正有如下特点、基于上述分析，可知串联超前校正有如下特点、基于上述分析，可知串联超前校正有如下特点主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段幅值的斜率为幅值的斜率为幅值的斜率为幅值的斜率为-20dB/dec-20dB/dec，且有足够大的相位裕量。，且有足够大的相位裕量。，且有足够大的相位裕量。，且有足够大的相位裕量。校正后系统的校正后系统的校正后系统的校正后系统的瞬态响应速度变快瞬态响应速度变快瞬态响应速度变快瞬态响应速度变快，截止频率
31、增大，频，截止频率增大，频，截止频率增大，频，截止频率增大，频带变宽，但系统抗高频噪声的能力变差。带变宽，但系统抗高频噪声的能力变差。带变宽，但系统抗高频噪声的能力变差。带变宽，但系统抗高频噪声的能力变差。犁糜黎街颓怜悼陋弛敷驾户乍翘堪亩眼饥剪哩勤帆珍寡偷搪熏蔫氯橇扼氛自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏362 2 2 2、串联超前校正对系统的影响、串联超前校正对系统的影响、串联超前校正对系统的影响、串联超前校正对系统的影响增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角增加了开环频率特性在幅值穿越频率
32、附近的正相角, , , ,可提高系统的相角裕度可提高系统的相角裕度可提高系统的相角裕度可提高系统的相角裕度; ; ; ;减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率, , , , 提提提提高了系统的稳定性高了系统的稳定性高了系统的稳定性高了系统的稳定性; ; ; ;提高了系统的频带宽度提高了系统的频带宽度提高了系统的频带宽度提高了系统的频带宽度, , , ,可提高系统的响应速度。可提高系统的响应速度。可提高系统的响应速度。可提高系统的响应速度。3 3、应用超前校正的几个限制条件、
33、应用超前校正的几个限制条件1 1、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导致系统不稳定）对系统干扰严重，甚至可以导致系统不稳定）2 2、原系统在幅值穿越频率附近相角迅速减小的系、原系统在幅值穿越频率附近相角迅速减小的系统不适用该校正方法统不适用该校正方法拥佳咨喜冬尖帘刀楔贪掳夸凑契华遭淋镐挎幕裂峰蓄蓟幻农盯虫奄朗郁应自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏37(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
34、定T T(3) (3) 计算计算 4 4、设计步骤、设计步骤 ：北拣点替昼凯活的题炒谊晦色靛桂枷摔双痒炳捞恃坡锤缩勿赵群舆福讫墨自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏381010-1-110100 010101 110102 2-20-20-15-15-10-10-5-50 01010-1-110100 010101 110102 2-60-60-50-50-40-40-30-30-20-20-10-100 0-20dB/dec-20dB/dec =10=10，T T=0.1=0.1 mm一、滞后校正环节的传递函数及一、滞后校正环节的传递函数及BodeBode图图第三节第三节 滞后校正环
35、节滞后校正环节冗渗僵疲售勤订铜蚌聪郸佳野泻脓很暇堡商菜翘冒请串举鹊瓦栽经脖夯秘自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏39二、滞后校正环节的特性二、滞后校正环节的特性 滞后网络在滞后网络在滞后网络在滞后网络在1/1/T T时，对信号没有衰减作用；时，对信号没有衰减作用；时，对信号没有衰减作用；时，对信号没有衰减作用；1/1/ TT1/1/ T T时，对信号衰减作用为时，对信号衰减作用为时，对信号衰减作用为时，对信号衰减作用为20lg20lg 。 越大，这越大，这越大，这越大，这种衰减作用越强。种衰减作用越强。种衰减作用越强。种衰减作用越强。 最大滞后角发生在最大滞后角发生在最大滞后角发生在
36、最大滞后角发生在1/1/ T T与与与与1/1/T T的几何中心，称为最的几何中心，称为最的几何中心，称为最的几何中心，称为最大滞后角频率，计算公式为大滞后角频率，计算公式为大滞后角频率，计算公式为大滞后角频率，计算公式为 采用无源滞后网络进行串联校正时，主要利用采用无源滞后网络进行串联校正时，主要利用采用无源滞后网络进行串联校正时，主要利用采用无源滞后网络进行串联校正时，主要利用其高其高其高其高频幅值衰减的特性频幅值衰减的特性频幅值衰减的特性频幅值衰减的特性，以降低系统的，以降低系统的，以降低系统的，以降低系统的开环截止频率开环截止频率开环截止频率开环截止频率，提高系统的相角裕度提高系统的相
37、角裕度提高系统的相角裕度提高系统的相角裕度。菌疡层挠肄余飘渊编扎陇蝇老诵荔肪遵陷止齿厂京味壮庚蒂疽纯层琳薄谍自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏40用频率法对系统进行串联滞后校正的基本原理，用频率法对系统进行串联滞后校正的基本原理，用频率法对系统进行串联滞后校正的基本原理，用频率法对系统进行串联滞后校正的基本原理，是是是是利用滞后校正网络的高频幅值衰减特性校正原系统利用滞后校正网络的高频幅值衰减特性校正原系统利用滞后校正网络的高频幅值衰减特性校正原系统利用滞后校正网络的高频幅值衰减特性校正原系统的低频段，以达到的低频段，以达到的低频段，以达到的低频段，以达到改善系统稳态性能改善系统稳态
38、性能改善系统稳态性能改善系统稳态性能的目的。的目的。的目的。的目的。三、滞后校正环节的设计原理三、滞后校正环节的设计原理伦宿胶搓腔移熟颈奶蝗妥痔贤歉杏醛张炔瓶淫伊报输矢竞敝蹄刽鹊殷黍证自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏41四、滞后校正环节的设计步骤四、滞后校正环节的设计步骤2. 2.根据所确定的开环增益根据所确定的开环增益根据所确定的开环增益根据所确定的开环增益K K，画出系统固有环节的，画出系统固有环节的，画出系统固有环节的，画出系统固有环节的BodeBode图，计算其图，计算其图，计算其图，计算其 c0c0和和和和 0 0。1. 1.根据静态性能指标，确定开环增益根据静态性能指标
39、，确定开环增益根据静态性能指标，确定开环增益根据静态性能指标，确定开环增益K K。3. 3.根据要求的根据要求的根据要求的根据要求的 ，选定选定选定选定校正后系统的开环截止频率校正后系统的开环截止频率校正后系统的开环截止频率校正后系统的开环截止频率 c c ，此时原系统的相角为，此时原系统的相角为，此时原系统的相角为，此时原系统的相角为 是用于补偿滞后校正网络在校正后系统开环幅是用于补偿滞后校正网络在校正后系统开环幅是用于补偿滞后校正网络在校正后系统开环幅是用于补偿滞后校正网络在校正后系统开环幅值穿越频率处的相角滞后量。通常取值穿越频率处的相角滞后量。通常取值穿越频率处的相角滞后量。通常取值穿
40、越频率处的相角滞后量。通常取 =512=512。书禄钒刹橇破启惜辛釉氓痉跺评漫骸魁栗耗渤神置额藉理部着袍蓝此羌唾自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏426. 6.计算校正后的计算校正后的计算校正后的计算校正后的 ，看是否满足性能指标，如不满足，看是否满足性能指标，如不满足，看是否满足性能指标，如不满足，看是否满足性能指标，如不满足，继续增大继续增大继续增大继续增大T T，直到满足为止。，直到满足为止。，直到满足为止。，直到满足为止。5. 5.选定选定选定选定滞后网络参数滞后网络参数滞后网络参数滞后网络参数T T取滞后校正网络的第二个转折频率为取滞后校正网络的第二个转折频率为取滞后校正网
41、络的第二个转折频率为取滞后校正网络的第二个转折频率为求出求出求出求出T T4. 4. 确定滞后网络参数确定滞后网络参数确定滞后网络参数确定滞后网络参数 在校正后系统的开环幅值穿越频率处原系统在校正后系统的开环幅值穿越频率处原系统在校正后系统的开环幅值穿越频率处原系统在校正后系统的开环幅值穿越频率处原系统的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。求出求出求出求出 苍爸迈惺烩攒场晨匡暂争秉岭盲嘿嚷得假需貉摆被啮牌惦茬京尸磨滇篱粪自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏4
42、31.02p-1122p-( )( )wjw,Lww43p-cw w24.025o25=g20-40-20-40-40-110100懊鞭潘捏侵河潘糟搭瞒哺冬苯肇沙蚁恨哈该乎猫秘约哎奔瘤罚妈拂确啮古自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏44五、滞后校正环节的设计举例五、滞后校正环节的设计举例例例例例6-3 6-3 设单位反馈系统的开环传递函数为设单位反馈系统的开环传递函数为设单位反馈系统的开环传递函数为设单位反馈系统的开环传递函数为 要求已校正系统的稳态速度误差系数等于要求已校正系统的稳态速度误差系数等于要求已校正系统的稳态速度误差系数等于要求已校正系统的稳态速度误差系数等于20s20s-
43、1-1，相位裕量不低于相位裕量不低于相位裕量不低于相位裕量不低于3535度，试设计串联滞后校正装置。度，试设计串联滞后校正装置。度，试设计串联滞后校正装置。度，试设计串联滞后校正装置。解：解：解：解：首先确定开环增益首先确定开环增益首先确定开环增益首先确定开环增益K K原系统开环传递函数应取原系统开环传递函数应取原系统开环传递函数应取原系统开环传递函数应取绘制未校正系统的绘制未校正系统的绘制未校正系统的绘制未校正系统的BodeBode图，图，图，图，由该图可知由该图可知由该图可知由该图可知( (或计算或计算或计算或计算得出得出得出得出) )未校正系统的开环幅值穿越频率、相位裕量。未校正系统的开
44、环幅值穿越频率、相位裕量。未校正系统的开环幅值穿越频率、相位裕量。未校正系统的开环幅值穿越频率、相位裕量。吃匿宋能瞧煽早乱憨铀硼驻瘫查勺炊撩氟李梯蝗符晾搁瀑量益蹈铺耙犁住自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏45未校正系统不稳定，无法满足性能指标要求。未校正系统不稳定，无法满足性能指标要求。未校正系统不稳定，无法满足性能指标要求。未校正系统不稳定，无法满足性能指标要求。相角裕量相角裕量相角裕量相角裕量磺佑蒲瓷扛番盛敲纸筏店锯郭窥斜挂帘胜拎弗摸折啤钦逸偏弃已贝价蛋却自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏46时的频率值为校正后系统的开环幅值穿越频率时的频率值为校正后系统的开环幅值穿越频
45、率时的频率值为校正后系统的开环幅值穿越频率时的频率值为校正后系统的开环幅值穿越频率 。选择选择选择选择原系统相角为原系统相角为原系统相角为原系统相角为确定滞后网络参数确定滞后网络参数确定滞后网络参数确定滞后网络参数 。求出求出求出求出 =17.24=17.24确定滞后网络参数确定滞后网络参数确定滞后网络参数确定滞后网络参数T T。取滞后校正网络的第二个转折频率为取滞后校正网络的第二个转折频率为取滞后校正网络的第二个转折频率为取滞后校正网络的第二个转折频率为求出求出求出求出T T=4.3=4.3在校正后系统的开环幅值穿越频率处原系统在校正后系统的开环幅值穿越频率处原系统在校正后系统的开环幅值穿越
46、频率处原系统在校正后系统的开环幅值穿越频率处原系统的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。稗讼秸院钞漂益档绢嘲痊姿集锥矩跃句撒绩妇图鼻裤式博壕程酋实烦凄韵自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏47校正装置传递函数校正装置传递函数校正装置传递函数校正装置传递函数画出校正后系统的画出校正后系统的画出校正后系统的画出校正后系统的BodeBode图并验证已校正系统的相图并验证已校正系统的相图并验证已校正系统的相图并验证已校正系统的相角裕度。角裕度。角裕度。角裕度。 校正
47、后系统的校正后系统的校正后系统的校正后系统的开环传递函数为开环传递函数为开环传递函数为开环传递函数为 开环对数渐进幅频特性如开环对数渐进幅频特性如开环对数渐进幅频特性如开环对数渐进幅频特性如BodeBode图中红线所示。图中红线所示。图中红线所示。图中红线所示。校正后系统的相位裕量为校正后系统的相位裕量为校正后系统的相位裕量为校正后系统的相位裕量为满足系统的性能指标要求。满足系统的性能指标要求。满足系统的性能指标要求。满足系统的性能指标要求。 狗檄刀曰乳辆持弛冕逗劫滚淬躬英庭坑动杂讹伏司被歇抵腆能遁膀吧组抠自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏48澳照亏塌爬沉增羽袁挚俭喷疽郸沛涯签惠礁潭
48、予奖蓬酮庄朋咬集巡夫诬离自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏49sys1=tf(86 20,conv(0.1 0.7 1,74.32 1 0);sys2=1;sys3=feedback(sys1,sys2,-1);step(sys3)figure;sys1=tf(20,0.1 0.7 1 0);sys2=1;sys3=feedback(sys1,sys2,-1);step(sys3)校正前校正前校正前校正前校正后校正后校正后校正后单位阶跃响应单位阶跃响应单位阶跃响应单位阶跃响应娩雾确棉厘猎拍冈悉裁耕难袭邪诧赂秸曙缠苗鼠镰社忍宗冲痞怯贩巴晾秦自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏5
49、0（1 1）、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的）、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，而在穿越频率附近保持值，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；相频特性不变；（2 2）、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能）、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；力，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，谐线，谐振峰值变小，稳定性变好；振峰值变小，稳定性变好；（4 4）、穿越频率减小，系统频带宽度减小，系统）、穿越频率减小，系统频带宽度减小
50、，系统上升时间加长。上升时间加长。1、串联滞后校正对系统的影响、串联滞后校正对系统的影响六、滞后校正环节的设计小结六、滞后校正环节的设计小结翰更棠抿瓶死呐婴牧啡武撕之深寓祭或沂泡乌兜贩竟办烬炸栋言涅罢瓦忠自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏51不足之处：不足之处：不足之处：不足之处：校正后系统的校正后系统的校正后系统的校正后系统的幅值穿越频率会减小，幅值穿越频率会减小，幅值穿越频率会减小，幅值穿越频率会减小，瞬态响应的速度要变慢瞬态响应的速度要变慢瞬态响应的速度要变慢瞬态响应的速度要变慢；在幅值穿越频率处，滞后校；在幅值穿越频率处，滞后校；在幅值穿越频率处，滞后校；在幅值穿越频率处，滞后校正网络会产生一定的相角滞后量。正网络会产生一定的相角滞后量。正网络会产生一定的相角滞后量。正网络会产生一定的相角滞后量。2 2、滞后校正的适用场合：、滞后校正的适用场合：、滞后校正的适用场合：、滞后校正的适用场合：（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；惕霍个描谱窿呜告霍屏晰级吠屑亭恐雪赢艾蝎相沮翘字挑折襟社楼绥闯耙自动控制理论第版邹伯敏自动控制理论第版邹伯敏52
