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1、自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院第二十五讲第二十五讲 反馈校正的设计反馈校正的设计主要内容主要内容第五节第五节 串联校正的设计串联校正的设计三、串联相位滞后三、串联相位滞后三、串联相位滞后三、串联相位滞后超前校正超前校正超前校正超前校正第六节第六节 反馈校正的设计反馈校正的设计一、反馈校正与串联校正的比较一、反馈校正与串联校
2、正的比较二、反馈校正的综合二、反馈校正的综合第七节第七节第七节第七节 反馈和前馈复合控制反馈和前馈复合控制反馈和前馈复合控制反馈和前馈复合控制补充：控制器及其参数调整补充：控制器及其参数调整第八节第八节第八节第八节 MATLABMATLAB在线性系统校正中的应用在线性系统校正中的应用在线性系统校正中的应用在线性系统校正中的应用自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制
3、工程学院长安大学电子与控制工程学院三、串联相位滞后三、串联相位滞后三、串联相位滞后三、串联相位滞后超前校正超前校正超前校正超前校正滞后校正滞后校正带宽降低、响应减慢带宽降低、响应减慢, ,改善改善稳态特性稳态特性超前校正超前校正频带增宽频带增宽,改善动态品质改善动态品质自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院单位负反馈其开环传递函数
4、单位负反馈其开环传递函数试设计一校正装置，使其满足下列指标：试设计一校正装置，使其满足下列指标：串联相位滞后串联相位滞后串联相位滞后串联相位滞后超前校正设计举例超前校正设计举例超前校正设计举例超前校正设计举例【解解】(1(1）确定系统的开环增益）确定系统的开环增益取：取：（2 2）确定未校正系统的剪切频率和相位裕量）确定未校正系统的剪切频率和相位裕量自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工
5、程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院（3 3）超前校正环节的确定）超前校正环节的确定因要求校正后的剪切频率为：因要求校正后的剪切频率为：但此时对应的相角裕度为：但此时对应的相角裕度为：因此需要超前校正装置提供的超前相角为：因此需要超前校正装置提供的超前相角为：附加一放大倍
6、数为的放大器附加一放大倍数为的放大器 自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院（4 4）滞后校正环节）滞后校正环节超前校正超前校正附加放大器附加放大器在在 处滞后校正引起的滞后足够小处滞后校正引起的滞后足够小校正网络传递函数校正网络传递函数校正网络传递函数校正网络传递函数校正后开环传递函数校正后开环传递函数校正后开环传递函数校正后开
7、环传递函数自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院（5 5）确定校正装置参数）确定校正装置参数（6 6）校验）校验s1s1FFkkkk自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSIT
8、Y长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院第六节第六节第六节第六节 反馈校正的设计反馈校正的设计反馈校正的设计反馈校正的设计消除不希望的消除不希望的G G2 2(s)(s)的特性的特性!自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院串联校正比反馈校正简单，串联校正对系统串联校
9、正比反馈校正简单，串联校正对系统元件特性的稳定性有较高的要求。元件特性的稳定性有较高的要求。 反馈校正对系统元件特性的稳定性要求较低，反馈校正对系统元件特性的稳定性要求较低，减弱了元件特性变化对整个系统特性的影响。减弱了元件特性变化对整个系统特性的影响。反馈校正常需由一些昂贵而庞大的部件所构反馈校正常需由一些昂贵而庞大的部件所构成，对某些系统可能难以应用。成，对某些系统可能难以应用。一、反馈校正与串联校正的比较一、反馈校正与串联校正的比较反馈校正可以起到与串联校正同样的作用，反馈校正可以起到与串联校正同样的作用，且具有较好的抗噪能力。且具有较好的抗噪能力。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自
10、动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院二、反馈校正的综合二、反馈校正的综合自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控
11、制工程学院注意注意由于由于|G|G2 2(j)H(j)Hc c(j)| 1(j)| 1，故在受校正频段故在受校正频段H Hc c()+L()+L2 2()()L Ls s()()L Ldsds() 0() 0L Ls s()()L Ldsds()()越大，校正装置精度越高。越大，校正装置精度越高。局部反馈回路必须稳定。局部反馈回路必须稳定。实际设计时，也可先采用串联校正方法得到满意实际设计时，也可先采用串联校正方法得到满意的已校开环传递函数，然后用等效的局部反馈校正的已校开环传递函数，然后用等效的局部反馈校正来实现。来实现。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六
12、章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院第七节第七节第七节第七节 反馈和前馈复合控制反馈和前馈复合控制反馈和前馈复合控制反馈和前馈复合控制基于误差控制的缺点基于误差控制的缺点只有当系统产生误差或干扰产生影响时，系统才被控只有当系统产生误差或干扰产生影响时，系统才被控 制以消除误差的影响。制以消除误差的影响。 若系统包含有很大时间常数的环节，或者系统响应速度若系统包含有很大时间常数的环节，或者系统响应速
13、度 要求很高，调整速度就不能及时跟随输入信号或干扰信号要求很高，调整速度就不能及时跟随输入信号或干扰信号 的变化。从而当输入或干扰变化较快时，会使系统经常处的变化。从而当输入或干扰变化较快时，会使系统经常处 于具有较大误差的状态。于具有较大误差的状态。为了减小或消除系统在特定输入作用下的稳态误差，可为了减小或消除系统在特定输入作用下的稳态误差，可 提高系统开环增益或型次。提高系统开环增益或型次。 这两种方法均会影响系统的稳定性。这两种方法均会影响系统的稳定性。 通过适当选择系统带宽可以抑制高频扰动通过适当选择系统带宽可以抑制高频扰动 但对低频扰动无能为力。特别是存在低频强扰动时，一但对低频扰动
14、无能为力。特别是存在低频强扰动时，一 般的反馈控制校正方法很难满足系统高性能的要求。般的反馈控制校正方法很难满足系统高性能的要求。解决办法：引入误差补偿通路，与原来的反馈控制一起进行解决办法：引入误差补偿通路，与原来的反馈控制一起进行复合控制。复合控制。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院复合控制：复合控制：通过在系统中引入输入
15、或扰动作用的开环通过在系统中引入输入或扰动作用的开环误差补偿通路（误差补偿通路（顺馈顺馈或或前馈前馈通路），与原通路），与原来的反馈控制回路一起实现系统的高精度来的反馈控制回路一起实现系统的高精度控制。控制。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院按输入按输入( (顺馈顺馈) )补偿的复合校正补偿的复合校正系统的偏差传递函数为：系统
16、的偏差传递函数为：若选择：若选择： 即误差完全通过顺馈通路得到补偿，系统既没有动即误差完全通过顺馈通路得到补偿，系统既没有动态误差也没有稳态误差，在任何时刻都可以实现输出立即态误差也没有稳态误差，在任何时刻都可以实现输出立即复现输入，系统具有理想的时间响应特性。复现输入，系统具有理想的时间响应特性。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工
17、程学院无顺馈补偿时无顺馈补偿时顺馈补偿后：顺馈补偿后：顺馈补偿不改变系顺馈补偿不改变系统的闭环特征多项式，统的闭环特征多项式，即顺馈补偿不改变系即顺馈补偿不改变系统的稳定性统的稳定性顺馈补偿采用了顺馈补偿采用了开环控制方式补偿开环控制方式补偿输入作用下的输出输入作用下的输出误差误差解决了一般反馈控制解决了一般反馈控制系统在提高控制精度系统在提高控制精度与保证系统稳定性之与保证系统稳定性之间存在的矛盾。间存在的矛盾。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN
18、UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院按扰动按扰动( (前馈前馈) )补偿的复合校正补偿的复合校正若扰动信号可若扰动信号可量测，则可采量测，则可采用前馈补偿。用前馈补偿。扰动作用下的闭环传递函数为扰动作用下的闭环传递函数为扰动作用下的误差为扰动作用下的误差为自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长
19、安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院扰动前馈也不改变系统闭环特征方程，即对系扰动前馈也不改变系统闭环特征方程，即对系统稳定性无影响。统稳定性无影响。主要扰动引起的误差，由前馈通道进行全部或主要扰动引起的误差，由前馈通道进行全部或部分补偿。部分补偿。次要扰动引起的误差由反馈控制予以抑制。次要扰动引起的误差由反馈控制予以抑制。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学
20、电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院 控制系统控制系统 具有具有25%超调量的单位阶跃响应曲线超调量的单位阶跃响应曲线补充：控制器及其参数调整补充：控制器及其参数调整自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院 受控对象的单位阶跃响应受控对象的单位阶跃响应 S形响应曲线形响应曲线自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第
21、六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院齐格勒齐格勒尼科尔斯方法一尼科尔斯方法一表一表一 Z-N 第第一法一法齐格勒齐格勒尼科尔斯方法二尼科尔斯方法二 令令Ti=，Td=0具有比例控制器的闭环系统具有比例控制器的闭环系统自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSIT
22、YCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院 具有周期具有周期Tc的持续振荡的持续振荡表二表二 Z-N 第二法第二法自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院 具有具有PID控制器的控制系统控制器的控制系统【实验四分析示例实验四分析示例】
23、试用试用Z-N法则确定法则确定Kp、Ti和和Td自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院 具有具有PID控制器的控制系统控制器的控制系统可以调整比例系数可以调整比例系数和零点位置进一步和零点位置进一步改善性能改善性能自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线
24、性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院GC(s）所示系统的单位阶）所示系统的单位阶跃响应曲线跃响应曲线Gc2（s）所示系统的单位）所示系统的单位阶跃响应曲线阶跃响应曲线自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长
25、安大学电子与控制工程学院第八节第八节第八节第八节 MATLABMATLAB在线性系统校正中的应用在线性系统校正中的应用在线性系统校正中的应用在线性系统校正中的应用用用用用MATLABMATLAB分析分析分析分析PIDPID校正系统校正系统校正系统校正系统PIDPID控制器的传递函数控制器的传递函数控制器的传递函数控制器的传递函数例例例例: : 单位反馈系统被控对象的传递函数为单位反馈系统被控对象的传递函数为单位反馈系统被控对象的传递函数为单位反馈系统被控对象的传递函数为PIDPID调节器的传递函数调节器的传递函数调节器的传递函数调节器的传递函数比较校正前后系统的频率特性和单位阶跃响应比较校正前
26、后系统的频率特性和单位阶跃响应比较校正前后系统的频率特性和单位阶跃响应比较校正前后系统的频率特性和单位阶跃响应自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院1 1、绘制未校正系统的伯德图、绘制未校正系统的伯德图、绘制未校正系统的伯德图、绘制未校正系统的伯德图num1=35num1=35den1=0.00001 0.0031 0.215 1
27、 0den1=0.00001 0.0031 0.215 1 0mag1,phase1,w=bode(num1,den1)mag1,phase1,w=bode(num1,den1)margin(mag3,phase3,w)margin(mag3,phase3,w)2 2、分析校正后的频率特性、分析校正后的频率特性、分析校正后的频率特性、分析校正后的频率特性自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控
28、制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院num3=7 105 350num3=7 105 350den3=0.00001 0.0031 0.215 1 0 0den3=0.00001 0.0031 0.215 1 0 0mag3,phase3,w=bode(num3,den3)mag3,phase3,w=bode(num3,den3)margin(mag3,phase3,w)margin(mag3,phase3,w)3 3、求校正前后的单位阶跃响应、求校正前后的单位阶跃响应、求校正前后的单位阶跃响应、求校正前后的单位阶跃响应t=0: 0.02: 5t=0: 0.02: 5
29、numc1,denc1=cloop(num1,den1)numc1,denc1=cloop(num1,den1)y1=step(numc1,denc1,t)y1=step(numc1,denc1,t)numc3,denc3=cloop(num3,den3)numc3,denc3=cloop(num3,den3)y3=step(numc3,denc3,t)y3=step(numc3,denc3,t)plot(t,y1,y3);gridplot(t,y1,y3);grid自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校
30、正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正
31、线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院小结小结小结小结、基本控制规律：、基本控制规律：、基本控制规律：、基本控制规律：比例（）、微分（）、积分
32、（）比例（）、微分（）、积分（）比例（）、微分（）、积分（）比例（）、微分（）、积分（）、设计校正装置的基本任务、设计校正装置的基本任务、设计校正装置的基本任务、设计校正装置的基本任务选择合适的控制规律，确定校正装置的结构和参数选择合适的控制规律，确定校正装置的结构和参数选择合适的控制规律，确定校正装置的结构和参数选择合适的控制规律，确定校正装置的结构和参数、校正的基本结构、校正的基本结构、校正的基本结构、校正的基本结构 串联、并联和复合控制串联、并联和复合控制串联、并联和复合控制串联、并联和复合控制4 4、常用的校正装置及其特点和作用、常用的校正装置及其特点和作用、常用的校正装置及其特点和作
33、用、常用的校正装置及其特点和作用 超前校正（超前校正（超前校正（超前校正（PDPD）、滞后校正（）、滞后校正（）、滞后校正（）、滞后校正（PI)PI)、滞后、滞后、滞后、滞后超前校正超前校正超前校正超前校正（PIDPID）5 5、设计校正装置的基本方法、设计校正装置的基本方法、设计校正装置的基本方法、设计校正装置的基本方法频率特性设计方法频率特性设计方法频率特性设计方法频率特性设计方法( (超前、滞后、滞后超前、滞后、滞后超前、滞后、滞后超前、滞后、滞后超前校正设计）超前校正设计）超前校正设计）超前校正设计）、串联校正和反馈校正的特点、串联校正和反馈校正的特点、串联校正和反馈校正的特点、串联校
34、正和反馈校正的特点、在控制器设计中的应用、在控制器设计中的应用、在控制器设计中的应用、在控制器设计中的应用自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院作业作业610 （滞后（滞后超前校正）超前校正）自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANG
35、AN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院某某高高炮炮电电气气液液压压跟跟踪踪系系统统为为一一个个二二阶阶无无差差系系统统，其其原原理理方方块块图图如如图图所所示示。试试设设计计一一反反馈馈校校正正装装置置，并并使使系系统统满满足足下列品质指标：下列品质指标：（1 1）系系统统在在最最大大跟跟踪踪速速度度 及及最最大大跟跟踪踪加加速速度度 时时系统的最大误差系统的最大误差 ；（2 2） 在单位阶跃信号作用下，系统的瞬态响应时间在单位阶跃信号作用下，系统的瞬态响应时间 超调
36、量超调量 ；反馈校正设计举例反馈校正设计举例自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院当 时， dB转角频率依次为该系统为一个该系统为一个IIII型系统，属于结构不稳定的系统。型系统，属于结构不稳定的系统。（1 1）绘制系统固有对数频率特性）绘制系统固有对数频率特性L Ls s( ( ) )自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制
37、理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院（2 2）绘制希望特性）绘制希望特性L Ldsds( ( ) )中频段：中频段：主要确定增益主要确定增益交界频率和中频段长度交界频率和中频段长度求得增益交界频率求得增益交界频率 c c=7.4s=7.4s-1 -1 ; ;考虑到一考虑到一定裕量，取定裕量，取 c c=7.8s=7.8s-1-1自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制
38、理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院希望特性的中频段希望特性的中频段过过 = = c c=7.8s=7.8s-1-1 作作斜斜率率为为20dB/dec20dB/dec直直线线，考考虑虑到到 c c 增加，故选增加，故选 2 2=2.4s=2.4s-1-1 3 3=23.8s=23.8s-1-1( (是是L Ls s( ( ) ) 的的一一个个转转角角频频率率) )中频段实
39、际宽度中频段实际宽度: :自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院绘制低频段：绘制低频段：过过 2 2=2.4s=2.4s-1-1的垂线与中的垂线与中频段的交点，作频段的交点，作40dB/dec40dB/dec与中频段联接与中频段联接希望特性的低频段可满希望特性的低频段可满足要求。足要求。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制
40、理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院绘制高频段：绘制高频段： 处，处，40dB/dec40dB/dec线线 处，处，60dB/dec60dB/dec线线以以后后 就就与与 重重合了。合了。 希望特性验算希望特性验算，在交界频率在交界频率的相位裕量的相位裕量满足给定的要求。满足给定的要求。自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校
41、正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院在中、低频段在中、低频段(3) (3) 绘制绘制L L2 2( ( )+20lg|H)+20lg|Hc c(j (j )|)|自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院
42、长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院高频段高频段由由20dB/dec20dB/dec转折至横轴有转折至横轴有故故 =380=380处处不不转转折折，向向高高频频处处延长延长 相当于一个积分环节相当于一个积分环节自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院小闭环的相位裕量小闭环的相位裕量自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论第六章第六章第六章第六章 线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正线性系统的校正CHANGAN UNIVERSITYCHANGAN UNIVERSITY长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院长安大学电子与控制工程学院（4 4）得反馈校正装置特性）得反馈校正装置特性
