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1、 第六章第六章 控制系统的校正控制系统的校正6.1 6.1 系统校正设计基础系统校正设计基础6.2 6.2 串联校正串联校正6.3 6.3 串联校正的理论设计方法串联校正的理论设计方法6.4 6.4 反馈校正反馈校正基本要求基本要求 正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后- -超前超前三种校正的特性及对系统的影响。三种校正的特性及对系统的影响。 熟练熟练掌握运用掌握运用( (低、中、高低、中、高) )三频段概念对系统三频段概念对系统校正前、后性能进行定性分析、比较的方法。校正前、后性能进行定性分析、比较的方法。 熟练熟练掌握串联校正掌握串联校正( (串联超前、
2、串联滞后串联超前、串联滞后) )的频率的频率域设计步骤和方法。域设计步骤和方法。 正确理解反馈校正的特点和作用。能通过传递正确理解反馈校正的特点和作用。能通过传递函数分解为典型环节的方法，比较说明加入反馈函数分解为典型环节的方法，比较说明加入反馈局部校正的作用。局部校正的作用。6 61 1 系统校正设计基础系统校正设计基础一、常用频域指标一、常用频域指标: :幅值裕度: h峰值 : 峰值频率: 带宽:相角裕度:截止频率:二、几种校正方式62 串联校正一、串联超前校正校正作用的主要特点是提供正的相移，故称相位超前校正相位超前校正装置的传递函数超前角的最大值为这一最大值发生在对数频率特性曲线的几何
3、中心处，对应的角频率为例 从以上的例子可以看出超前校正，可以用在既要提高快速性，又要改善振荡性的情况。无源微分网络无源微分网络串联滞后校正滞后校正传递函数为例单位负反馈系统原有的开环BodeBode图如图上中曲线所示。曲线 可以看作是根据稳态精度的要求，所确定的开环放大系数而绘制。系统动态响应的平稳性很差或不稳定，对照相频曲线可知，系统接近于临界情况。结论： 由于校正环节的相位滞后主要发生在低频段，故对中频段的相频特性曲线几乎无影响。 因此校正的作用是利用了网络的高频衰减特性，减小系统的截止频率，从而使稳定裕度增大，保证了稳定性和振荡性的改善， 因此可以认为，滞后校正是以牺牲快速性来换取稳定性
4、和改善振荡性的。例设单位负反馈系统未校正时的对数频率特性如图上中曲线所示，校正网络对应的幅频特性如图中曲线所示。由图可见，并未改变低频段的斜率与高度，这说明稳态精度并未由于滞后校正而直接改善。通过提供了通过增加开环放大系数，提高低频区幅频特性高度的可能性。滞后网络的实现及其传递函数滞后网络的实现及其传递函数滞后超前校正滞后超前校正 为了全面提高系统的动态品质，使稳态精度、快速性和振荡性均有所改善，可同时采用滞后与超前的校正，并配合增益的合理调整。 鉴于超前校正的转折频率应选在系统中频段，而滞后校正的转折频率应选在系统的低频段，因此可知滞后超前串联校正的传递函数的一般形式应为滞后-超前校正无源网
5、络的实现 前式中前一部分为相位超前校正，后一部分前式中前一部分为相位超前校正，后一部分为相位滞后校正。对应的波特图如图为相位滞后校正。对应的波特图如图6-136-13所示。所示。由图看出不同频段内呈现的滞后、超前作用。由图看出不同频段内呈现的滞后、超前作用。波特图滞后-超前校正网络对应的波特图PID校正器1.PD1.PD校正器校正器又称比例又称比例- -微分校正，其传递函数微分校正，其传递函数作用相当于超前校正。2 PI校正器PI校正器又称比例-积分校正，其传递函数作用相当于滞后校正。比例积分微分校正，其传递函数其作用相应于滞后超前校正。3 PID校正器结论：校正装置参数的合理选择和系统开环增
6、益的校正装置参数的合理选择和系统开环增益的配合调整是非常重要的。配合调整是非常重要的。例如，若将超前校正环节的参数设置在系统例如，若将超前校正环节的参数设置在系统的低频区，就起不到提高稳定裕度的作用。的低频区，就起不到提高稳定裕度的作用。同理若将滞后校正环节的参数设置在中频区，同理若将滞后校正环节的参数设置在中频区，会使系统振荡性增加甚至使系统不稳定。会使系统振荡性增加甚至使系统不稳定。63 串联校正的设计方法一、串联校正的频率域方法 频率域设计的基础是开环对数频率特性曲线与闭环系统品质的关系。 在应用时首先需要把对闭环系统提出的性能指标，通过转换关系式，近似地用开环频域指标来表示。例给定系统
7、结构图如下图所示。给定系统结构图如下图所示。设计 和 K， 使得系统在 r(t)=t作用下稳态误差0.01 相稳定裕度 ,截止频率 解:选取相位超前校正K=100.令校正后开环传函校正后相稳定裕度为符合要求系统的串联超前校正反馈校正显然，引进H(s)的作用是希望 的特性使整个闭环系统的品质得到改善。反馈校正的几种作用利用反馈改变局部结构、参数利用反馈削弱非线性因素的影响反馈可提高对模型扰动的不灵敏性利用反馈可以抑制干扰一、利用反馈改变局部结构、参数用位置反馈包围积分环节。使系统的无差度下降，相位滞后减少。用速度反馈包围惯性、积分和放大环用速度反馈包围惯性、积分和放大环节。节。可以增加系统的带宽
8、，有利于快速性的提高。速度反馈包围小阻尼二阶环节和放大环速度反馈包围小阻尼二阶环节和放大环节节。加入速度反馈，增加了阻尼，减弱了小阻尼环节的不利影响。速度反馈信号再经过一个微分速度反馈信号再经过一个微分网络网络可以保持增益不变，无差度不变；同时提高稳定裕度、抑制噪声、增宽频带。二、利用反馈削弱非线性因素的影响最典型的例子是高增益的运算放大器。若满足由 若反馈元件的线性度比较好，特性比较稳定，那么反馈结构的线性度也好，特性也比较稳定，正向回路中非线性因素、元件参数不稳定等不利因素均可以削弱。三、反馈可提高对模型扰动的不灵敏性扰动是由于模型参数扰动是由于模型参数变化或某些不确定因变化或某些不确定因素引起的。素引起的。采取反馈校正比串联采取反馈校正比串联校正对模型的扰动更校正对模型的扰动更为不敏感。为不敏感。串联校正与反馈校正四、利用反馈抑制干扰利用反馈抑制干扰利用反馈抑制干扰串联校正频率域法思路 期望连接开环： 抗干扰开环低频段中频段高频段校验
