机械工程控制基础-第5章课件

1、第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律5.3 串联校正串联校正5.4 反馈校正反馈校正5.5 顺馈校正与复合控制系统顺馈校正与复合控制系统5.1系统综合与校正概述系统综合与校正概述第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.1系统综合与校正概述系统综合与校正概述5.1.1系统设计指标系统设计指标5.1.2 系统设计的一般过程和系统校正的基本概念系统设计的一般过程和系统校正的基本概念系统稳定性、响应速度、稳态精度等

2、品质特性的量化指标要求，系统稳定性、响应速度、稳态精度等品质特性的量化指标要求，这些量化指标要求是系统设计的依据和技术约束条件。这些量化指标要求是系统设计的依据和技术约束条件。 1 静态设计静态设计系统设计的第一项工作就是确定组成系统的基本元件和结构及其系统设计的第一项工作就是确定组成系统的基本元件和结构及其数学模型和性能参数。数学模型和性能参数。 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2 动态设计动态设计一般来说，由静态设计确定的不可变部分只是系统的一个雏形，一般来说，由静态设计确定的不可变部分只是系统的一个雏形，

3、其技术性能是不能满足设计指标要求的。因此必须对其进行改造，其技术性能是不能满足设计指标要求的。因此必须对其进行改造，使其不足得到补偿和校正。补偿校正的办法一是调整原有结构参使其不足得到补偿和校正。补偿校正的办法一是调整原有结构参数，二是引进补偿装置（即校正装置）。数，二是引进补偿装置（即校正装置）。 （1）校正方式）校正方式 串联校正串联校正第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2 动态设计动态设计（1）校正方式）校正方式 串联校正串联校正)(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)

4、(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY校正元件校正元件第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2 动态设计动态设计（1）校正方式）校正方式 )(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a）串联校正（b）并联校正（c）补偿

5、原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY校正元件校正元件反馈（并联）校正反馈（并联）校正第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2 动态设计动态设计（1）校正方式）校正方式 )(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(

6、sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY校正元件校正元件顺馈（前馈）校正顺馈（前馈）校正补偿原理性误差引起的控制精度之不足补偿原理性误差引起的控制精度之不足 主控制通道主控制通道主反馈回路主反馈回路含校正装置的开环控制通道含校正装置的开环控制通道 复合控制系统复合控制系统 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2 动态设计动态设计（1）校正方式）校正方式 )(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a

7、）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY校正元件校正元件顺馈（前馈）校正顺馈（前馈）校正补偿由扰动作用引起的控制精度之不足补偿由扰动作用引起的控制精度之不足 复合控制系统复合控制系统 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2 动态设计动态设计（2）校正装置）校正装置按幅频特性来划分，可将校正装置分为有源校正装置按幅频特性来划分，可将校正装置分为有源校正装置（对信号有增益作用）和无源校正装置（对信号

8、无增益作用）（对信号有增益作用）和无源校正装置（对信号无增益作用）两大类型两大类型 按相频特性来划分，可将校正装置分为相位超前、按相频特性来划分，可将校正装置分为相位超前、相位滞后及相位滞后相位滞后及相位滞后超前三大类型超前三大类型 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律1比例（比例（P）控制律）控制律 用比例控制律来进行系统校正，可提高系统的开环增益，用比例控制律来进行系统校正，可提高系统的开环增益，从而可提高系统的控制精度，但同时会使系统的稳定性裕量减小，从而可提高系统的控制精度，但

9、同时会使系统的稳定性裕量减小，甚至可能导致系统失去稳定。因此，比例控制律一般不单独使用甚至可能导致系统失去稳定。因此，比例控制律一般不单独使用 )(sE)(sQ)(sBpK)(sU第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律2比例微分（比例微分（PD）控制律）控制律 )(sQ)(sE)(sB)1 (sKdpd12)(c)(cLpKlg201)(sU)()()(dttdeteKtqdp)1 ()()()(sKsEsQsGdpc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控

10、制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律2比例微分（比例微分（PD）控制律）控制律 用用PD控制律进行系统校正，可有效改善系统的动态性能控制律进行系统校正，可有效改善系统的动态性能例例)(sU)(sU) 1)(1(210sTsTsK)1 (sKdp) 1)(1(210sTsTsK0c0c11T21T)(kL)(kL)(k)(k1232cc)(sY)(sY)(sU)(sU) 1)(1(210sTsTsK)1 (sKdp) 1)(1(210sTsTsK0c0c11T21T)(kL)(kL)(k)(k1232cc)(sY)(sY第第 5 5 章章 控制系统的综合与

11、校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章校正作用使不稳定系统变为校正作用使不稳定系统变为稳定系统稳定系统 ，增益交界频率，增益交界频率也比校正前增大也比校正前增大 )(sU)(sU) 1)(1(210sTsTsK)1 (sKdp) 1)(1(210sTsTsK0c0c11T21T)(kL)(kL)(k)(k1232cc)(sY)(sY校正前校正前校正后校正后第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律3积分（积分（I）控制律）控制律)(sU)(sQ)(s

12、UsTi1sTi1) 1(0TssK)(sE)(sB)(sYdtteTtqti0)(1)(sTsEsQsGic1)()()(第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律3积分（积分（I）控制律）控制律用用I控制律进行系统校正，可提高系统的无差度，从而可消除控制律进行系统校正，可提高系统的无差度，从而可消除或减小稳态误差，改善系统的稳态性能，但同时也给系统或减小稳态误差，改善系统的稳态性能，但同时也给系统增加了一个开环增加了一个开环0极点，使系统开环产生极点，使系统开环产生2的相位滞后量，的相位

13、滞后量，从而将导致相位裕量减小，相对稳定性下降从而将导致相位裕量减小，相对稳定性下降 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律3积分（积分（I）控制律）控制律)(sU)(sQ)(sUsTi1sTi1) 1(0TssK)(sE)(sB)(sY例例) 1()(0TssKsGk型型 0230)(KsTTsTKsGiib) 1()(20TssTKsGik型型 020)(KsTsKsGb校正前校正前校正后校正后不稳定不稳定第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机

14、械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(sQ)(sB)11(sTKipiT1)(cL)(c12)(sE)(sU5.2基本控制规律基本控制规律4比例积分（比例积分（PI）控制律）控制律)(1)()(0dtteTteKtqtip)1()11 ()()()(ssTTKsTKsEsQsGiipipc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章例例型型 型型 校正前校正前校正后校正后可稳定可稳定用用PI 控制律进行系统校正，可在保证系统稳定性不受影响的控制律进行系统校正，可在保证系统稳定性不受影响的情况下，改善系统的稳态性能情况下

15、，改善系统的稳态性能 )11 (sTKip) 1(0TssK)(sU)(sY) 1()(0TssKsGk020)(KsTsKsGb) 1() 1()(20TssTsTKKsGiipk00230) 1()(KKsTKKsTTsTsTKKsGpipiiipb第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.2基本控制规律基本控制规律5比例积分微分（比例积分微分（PID）控制律）控制律)(cL)(c21121121)lg(201cK)(sQ)11 (ssTKdip)(sE)(sB)(sU)()(1)()(0dttdedtteTte

16、Ktqdtip)11 ()()()(ssTKsEsQsGdipcsssKsGcc) 1)(1()(21)411 (21idiTT)411 (22idiTTipcTKK 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(cL)(c21121121)lg(201cK)(sQ)11 (ssTKdip)(sE)(sB)(sUsssKsGcc) 1)(1()(21主导作用主导作用PI控制律控制律主导作用主导作用PD控制律控制律 PID控制律兼有控制律兼有 PI 和和 PD 两种控制律的作用，两种控制律的作用，能同时改善系统的稳态和动态

17、性能。能同时改善系统的稳态和动态性能。 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY5.3 串联校正串联校正)()()(sGsGsGckk)()()(ckkLLL)()()(ckk)()(180)(180cccko

18、ckoc0)()()(ccckckLLL)()(ckccLL基本公式基本公式第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.1串联超前校正串联超前校正（1）有源超前校正电网络）有源超前校正电网络)(cL)(cmLmcKlg20T1m1)(tui)(tuo1R2Rc4R3RTaaKclg2012R11)()()(saTTsKsUsUsGcioc1132RRRKc比例系数比例系数 113232RRRRa分度系数分度系数 cRRRRRRRRT32244332时间常数时间常数 第第 5 5 章章 控制系

19、统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章（1）有源超前校正电网络）有源超前校正电网络11)()()(saTTsKsUsUsGcioc22)(1lg20)(1lg20lg20)(aTTKLcc)arctan()arctan()(aTTc2211)lg(20)lg(20lg201lg20aKTaTKTKccc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章（1）有源超前校正电网络）有源超前校正电网络)(cL)(cmLmcKlg20T1m1)(tui)(tuo1R2Rc4R3RTaa

20、Kclg2012R11)()()(saTTsKsUsUsGcioc0)(ddc21Tam11arcsin)(aamcm)lg(20)(aKLLcmcm第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章（1）有源超前校正电网络）有源超前校正电网络)(cL)(cmLmcKlg20T1m1)(tui)(tuo1R2Rc4R3RTaaKclg2012R11)()()(saTTsKsUsUsGcioc0) 1(1aadadm频率特性具有频率特性具有PD 控制律的特征，控制律的特征，不仅能提供超前相位，还能提供增益，不仅能提供超前相位，还能

21、提供增益，从而能同时增大系统相位裕量和增益交界频率从而能同时增大系统相位裕量和增益交界频率 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.1串联超前校正串联超前校正（2）无源超前校正电网络）无源超前校正电网络比例系数比例系数 分度系数分度系数 时间常数时间常数 )(cL)(cmLmalg2012m1)(tui)(tuo1R2RcT1Ta11111)()()(saTTsKsaTTsasUsUsGcioc1221RRRacRT111aKc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正

22、机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(cL)(cmLmalg2012m1)(tui)(tuo1R2RcT1Ta5.3 串联校正串联校正5.3.1串联超前校正串联超前校正（2）无源超前校正电网络）无源超前校正电网络第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(cL)(cmLmalg2012m1)(tui)(tuo1R2RcT1Ta无源超前校正特性无源超前校正特性)(cL)(cmLmcKlg20T1m1)(tui)(tuo1R2Rc4R3RTaaKclg20R12有源超前校正特性有源超前校正特性有源校正

23、装置的校正作用可用无源校正装置辅之以附加放大器（或增有源校正装置的校正作用可用无源校正装置辅之以附加放大器（或增大未校正系统开环增益）来实现大未校正系统开环增益）来实现 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.1串联超前校正串联超前校正（3）串联超前校正的校正作用）串联超前校正的校正作用mc利用有源校正装置（或无源装置另附加放大器）的相位超前特性和高频利用有源校正装置（或无源装置另附加放大器）的相位超前特性和高频幅值增益特性同时增大相位裕量和提高响应速度。幅值增益特性同时增大相位裕量和提

24、高响应速度。位于校正后系统的增益交界频率位于校正后系统的增益交界频率附近。附近。直接利用相位超前特性来增大相位裕量直接利用相位超前特性来增大相位裕量为充分利用相位超前角，应使最大相位超前角频率为充分利用相位超前角，应使最大相位超前角频率第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.1串联超前校正串联超前校正例例)2(40ssK1054. 01227. 02 . 41ss)2(424ss)(sU)(sY)(sU)(sY参数参数 K0 为可调节参数，要求校正后系统为可调节参数，要求校正后系统速度误

25、差系数等于速度误差系数等于20 (s 1)，相位裕量不小于，相位裕量不小于50 o 解：解：1静态计算静态计算) 15 . 0(2)2(4)(00ssKssKsGk（1）确定参数）确定参数K0202)(lim00*KssGKksvK0 = 10 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章（2）绘制未校正）绘制未校正系统的开环对数系统的开环对数频率曲线图频率曲线图0.111006.3012s-129+12.46-20-40-6.20+20+4012-1-23-90-180-270oooo3+38o-24.418.5ccdB

26、ccmcm)(kL)(cL)(kL)(3 . 61scockoc6 .17)(180ccc*o4 .32第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2动态计算动态计算11)(saTTssGc（1）预选超前校正装置的最大相位超前角度）预选超前校正装置的最大相位超前角度mkokckcckckocckocccmcm4.32 )(180)(180)()(第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1s

27、G)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY5.3 串联校正串联校正)()()(sGsGsGckk)()(180)(180ccckockoc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2动态计算动态计算11)(saTTssGc（1）预选超前校正装置的最大相位超前角度）预选超前校正装置的最大相位超前角度mkokckcckc

28、kocckocccmcm4.32 )(180)(180)()(k一般取一般取 oo125c依据未校正系统相频曲线在依据未校正系统相频曲线在的邻近频段下降的快慢的邻近频段下降的快慢程度凭估计而定程度凭估计而定 ok6 . 5okom384 .32第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2动态计算动态计算11)(saTTssGc（2）确定超前校正装置的特征参数及传递函数）确定超前校正装置的特征参数及传递函数okom384 .32 计算分度系数计算分度系数2 . 438sin138sin1sin1sin1oomma)(2 .

29、 62 . 4lg20lg20)(lg20)(dBajGLLmcmcm)(2 . 6)()()(dBLLLLmmcccckmm确定确定最大相位超前角度最大相位超前角度所在频率所在频率和和时间常数时间常数T 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(

30、sU)(sY)(sY)(sY)(sY5.3 串联校正串联校正)()()(sGsGsGckk0)()()(ccckckLLL)()(ckccLL第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2动态计算动态计算11)(saTTssGc（2）确定超前校正装置的特征参数及传递函数）确定超前校正装置的特征参数及传递函数okom384 .32 计算分度系数计算分度系数2 . 438sin138sin1sin1sin1oomma)(2 . 62 . 4lg20lg20)(lg20)(dBajGLLmcmcm)(2 . 6)()()(dBL

31、LLLmmcccckmm确定确定最大相位超前角度最大相位超前角度所在频率所在频率和和时间常数时间常数T 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111006.3012s-129+12.46-20-40-6.20+20+4012-1-23-90-180-270oooo3+38o-24.418.5ccdBccmcm)(kL)(cL)(kL)(2 . 6)(dBLck)(91scm)(227. 092 . 4saTm11)(saTTssGc15 .18114 . 411054. 01227. 0ssss第第 5 5 章章

32、 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111006.3012s-129+12.46-20-40-6.20+20+4012-1-23-90-180-270oooo3+38o-24.418.5ccdBccmcm)(kL)(cL)(kL（3）验证）验证)(sGc是否满足要求是否满足要求)()()(sGsGsGck) 15 . 0(20ss1054. 01227. 0ssoc5 .50第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.1串联超

33、前校正串联超前校正)2(40ssK1054. 01227. 02 . 41ss)2(424ss)(sU)(sY)(sU)(sYK0 = 4.2X1042（4）选择具体的校正电网络）选择具体的校正电网络选无源超前校正网络并同时调整选无源超前校正网络并同时调整K0的值的值 111)(saTTsasGc2 . 411054. 01227. 0ss)2(40ssK1054. 01227. 02 . 41ss)2(424ss)(sU)(sY)(sU)(sY校正前校正前校正后校正后校正装置校正装置第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-

34、第5章5.3 串联校正串联校正5.3.2串联滞后校正串联滞后校正（1）有源滞后校正电网络）有源滞后校正电网络比例系数比例系数 分度系数分度系数 时间常数时间常数 )(cL)(cmLmcKlg20aT1m1)(tui)(tuo1R2Rc3RT1aKc/lg2012R1132RRRKc1232RRRacRRRRT323211)()()(aTsTsKsUsUsGcioc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章（1）有源滞后校正电网络）有源滞后校正电网络)(cL)(cmLmcKlg20aT1m1)(tui)(tuo1R2Rc3

35、RT1aKc/lg2012R2211lg201)lg(20lg201lg20aKTaTKaTKccc22)(1lg20)(1lg20lg20)(aTTKLcc)arctan()arctan()(aTTc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(cL)(cmLmcKlg20aT1m1)(tui)(tuo1R2Rc3RT1aKc/lg2012R（1）有源滞后电网络）有源滞后电网络0)(ddc频率特性具有具有频率特性具有具有PI 控制律的特征，控制律的特征，其校正作用主要是改善系统稳态性能其校正作用主要是改善系统稳态性能

36、)arctan()arctan()(aTTc211Tam11arcsin)(aamcmaKLLcmcmlg20)(第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.2串联滞后校正串联滞后校正（2）无源滞后校正电网络）无源滞后校正电网络比例系数比例系数 分度系数分度系数 时间常数时间常数 )(cL)(cmLmalg201)(tui)(tuo1R2Rc12maT1T11111)()()(aTsTsaTsTsKsUsUsGcioc1221RRRacRT21cK第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制

37、系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.2串联滞后校正串联滞后校正（2）无源滞后校正电网络）无源滞后校正电网络无源滞后校正装置和无源滞后校正装置和附加放大器二者相附加放大器二者相串联的综合校正作用串联的综合校正作用等效于有源滞后校正等效于有源滞后校正装置的校正作用装置的校正作用)(cL)(cmLmalg201)(tui)(tuo1R2Rc12maT1T1通常通常a取取10左右左右 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章无源滞后校正特性无源滞后校正特性有源

38、滞后校正特性有源滞后校正特性)(cL)(cmLmcKlg20aT1m1)(tui)(tuo1R2Rc3RT1aKc/lg20R12)(cL)(cmLmalg2012m1)(tui)(tuo1R2RcaT1T1有源校正装置的校正作用可用无源校正装置辅之以附加放大器（或增有源校正装置的校正作用可用无源校正装置辅之以附加放大器（或增大未校正系统开环增益）来实现大未校正系统开环增益）来实现 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.2串联滞后校正串联滞后校正（3）串联滞后校正的校正作用）串联滞后校

39、正的校正作用把无源滞后校正装置直接串联于系统前向通路，可提高系统的相对稳定把无源滞后校正装置直接串联于系统前向通路，可提高系统的相对稳定性但同时将使响应速度变慢。这种校正作用的实现靠的是无源滞后装置的性但同时将使响应速度变慢。这种校正作用的实现靠的是无源滞后装置的高频幅值衰减特性高频幅值衰减特性2T1c为防止为防止滞后装置的相位滞后角引起相位裕量减小，滞后装置转折频率滞后装置的相位滞后角引起相位裕量减小，滞后装置转折频率=须远小于校正后系统的增益交界频率须远小于校正后系统的增益交界频率串联滞后校正适用于动态品质好但稳态精度差、或者稳态精度和稳定性串联滞后校正适用于动态品质好但稳态精度差、或者稳

40、态精度和稳定性均差但对快速性要求不高的系统校正均差但对快速性要求不高的系统校正 用有源滞后校正装置（或无源滞后校正装置另附加放大器）实施串联滞用有源滞后校正装置（或无源滞后校正装置另附加放大器）实施串联滞后校正可提高系统稳态精度而不致动态品质变坏。这种校正作用主要是利后校正可提高系统稳态精度而不致动态品质变坏。这种校正作用主要是利用校正装置低频幅频特性大于高频幅频特性这一特点来实现的用校正装置低频幅频特性大于高频幅频特性这一特点来实现的 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.2串联滞后

41、校正串联滞后校正例例参数参数 K0 为可调节参数，要求校正后系统为可调节参数，要求校正后系统解：解：1静态计算静态计算) 15 . 0(2)2(4)(00ssKssKsGk（1）确定参数）确定参数K) 11 . 0)(12 . 0(sssK13 .5217 .3ss)11 . 0)(12 . 0(40sss)(sU)(sY)(sY)(sU)(401*sKvoc40*)(21*sc40)(lim0KsGsKKksvv第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111000s-1-90-180-270oooo101005+

42、20+40+60-200123s-12.712.50.01-1-2-3-2123+230.0190.27ccdBcc-1)(cL)(kL)(kL（2）绘制未校正）绘制未校正系统的开环对数系统的开环对数频率曲线图频率曲线图)(5 .121scoc5 .29第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2动态计算动态计算11)(saTTssGc（1）预选校正后系统的增益交界频率预选校正后系统的增益交界频率c现选现选 )(7 . 21sc)(21*sc（2）确定滞后装置特征参数及传递函数）确定滞后装置特征参数及传递函数选择滞后装置

43、转角频率选择滞后装置转角频率 )(27. 01 . 012sc确定时间常数确定时间常数T)(7 . 327. 0112sT无源滞后网络无源滞后网络 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章 确定分度系数确定分度系数aLLccclg20)()(2aLLcccklg20)()()(23)7 . 2()(dBLLkck3 .14a)(cL)(cmLmalg2012m1)(tui)(tuo1R2RcaT1T111)(aTsTssGc1019. 01127. 0113 .5217 . 3ssss第第 5 5 章章 控制系统的综合

44、与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111000s-1-90-180-270oooo101005+20+40+60-200123s-12.712.50.01-1-2-3-2123+230.0190.27ccdBcc-1)(cL)(kL)(kL)(23)7 . 2()(dBLLkck第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章)(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a

45、）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY5.3 串联校正串联校正)()()(sGsGsGckk0)()()(ccckckLLL)()(ckccLL第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111000s-1-90-180-270oooo101005+20+40+60-200123s-12.712.50.01-1-2-3-2123+230.0190.27ccdBcc-1)(cL)(kL)(kL)(s

46、Gc1019. 01127. 0113 .5217 . 3ssss第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111000s-1-90-180-270oooo101005+20+40+60-200123s-12.712.50.01-1-2-3-2123+230.0190.27ccdBcc-1)(cL)(kL)(kL（3）验证）验证)(sGc是否满足要求是否满足要求 )(7 . 21scoc5 .41第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3

47、 串联校正串联校正5.3.2串联滞后校正串联滞后校正) 11 . 0)(12 . 0(sssK13 .5217 .3ss)11 . 0)(12 . 0(40sss)(sU)(sY)(sY)(sU) 11 . 0)(12 . 0(sssK13 .5217 .3ss)11 . 0)(12 . 0(40sss)(sU)(sY)(sY)(sU校正前校正前校正后校正后校正装置校正装置第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正5.3.4串联校正综合法串联校正综合法希望对数幅频曲线的绘制方法希望对数幅频曲线的绘

48、制方法 （1）低频段曲线）低频段曲线按给定的稳态精度设计指标确定按给定的稳态精度设计指标确定 （2）中频段曲线）中频段曲线为使校正后系统具有足够的相对稳定性裕量，为使校正后系统具有足够的相对稳定性裕量，中频段斜率须取中频段斜率须取，上下延伸覆盖的频程长度，上下延伸覆盖的频程长度decdB/2023h应适当大。应适当大。 32*c通常，中频段上下转角频率可依据通常，中频段上下转角频率可依据并考虑未校正系统开环对数幅频曲线适当确定。并考虑未校正系统开环对数幅频曲线适当确定。（3）高频段曲线）高频段曲线一般与未校正系统的高频段相重合，一般与未校正系统的高频段相重合，至少它们的斜率应当相同至少它们的斜

49、率应当相同 （4）低、中频段衔接频段）低、中频段衔接频段斜率与这两段的斜率相差斜率与这两段的斜率相差（5）中、高频段衔接频段）中、高频段衔接频段斜率取斜率取 decdB/20decdB/40或或decdB/60第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正例例解：解：1静态计算静态计算（1）确定参数）确定参数K70)(lim0*KssGKksv) 102. 0)(112. 0()(sssKsGk)(701*sKv)(131*scoc39*5.3.4串联校正综合法串联校正综合法第第 5 5 章章 控制系

50、统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111003.75+20+40+60-20-400123s-1-2-3-2-124508.3 13450.7-1-1+1123cdB)(kL)(cL)(dL（1）绘制未校正）绘制未校正系统的开环对数系统的开环对数频率曲线图频率曲线图)(241scoccoockoc5 . 602. 0arctan12. 0arctan90180)(180第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章2动态计算动态计算（1）绘制希望对数幅频曲线）绘制希

51、望对数幅频曲线低频段曲线低频段曲线按给定的稳态精度设计指标确定按给定的稳态精度设计指标确定 中频段曲线中频段曲线斜率取斜率取decdB/20高频段曲线高频段曲线与未校正系统的高频段相重合与未校正系统的高频段相重合 低、中频段衔接频段低、中频段衔接频段斜率与这两段的斜率相差斜率与这两段的斜率相差中、高频段衔接频段中、高频段衔接频段与未校正系统的高频段相重合与未校正系统的高频段相重合decdB/20)(4513s)(75. 3)(132*2sc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章0.111003.75+20+40+60

52、-20-400123s-1-2-3-2-124508.3 13450.7-1-1+1123cdB)(kL)(cL)(dL希望对数幅希望对数幅频率曲线频率曲线) 1() 1() 1() 1() 1022. 0() 112. 0() 143. 1 () 127. 0() 1451() 13 . 81() 17 . 01() 175. 31()(2211saTsTsaTsTsssssssssGc)(131*sc（2）确定校正装置传递函数）确定校正装置传递函数 校正装置的对数幅频曲线校正装置的对数幅频曲线 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械

53、工程控制基础-第5章（3）验证）验证)(sGc是否满足要求是否满足要求) 102. 0)(1022. 0)(143. 1 () 127. 0(70)()()()(ssssssGsGsGsGckdk )(180ckoc02. 0arctan022. 0arctan43. 1arctan9027. 0arctan180cccocoo6 .46)(131*scc)(70)(lim10sssGKksv第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.3 串联校正串联校正（4）选择具体的校正装置）选择具体的校正装置校正装置校正装置5.

54、3.4串联校正综合法串联校正综合法)1022.0)(143.1()112.0)(127.0(ssss)102. 0)(112. 0(70sss)(sU)(sY第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.4 反馈校正反馈校正【要点【要点1】比例反馈校正可减小时间常数、提高反应速度比例反馈校正可减小时间常数、提高反应速度 5.4.1 反馈校正作用反馈校正作用)(1sG)(1sG)(2sG)(2sG)(3sG)(3sG)(sGc1X1X2X2X)(sY)(sU)(sU)(sY1)(222sTKsGccKsG)(11)()(1

55、)()()()(2222212sTKKKsTKsGsGsGsXsXsGcccb2221TKKTTc2221KKKKKc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.4 反馈校正反馈校正【要点【要点1】比例反馈校正可减小时间常数、提高反应速度比例反馈校正可减小时间常数、提高反应速度 5.4.1 反馈校正作用反馈校正作用)(1sG)(1sG)(2sG)(2sG)(3sG)(3sG)(sGc1X1X2X2X)(sY)(sU)(sU)(sYccKsG)(12)(2222222sTsTKsG1 212)()()(222222222

56、12sTsTKKKsTsTKsXsXsGccb2221TKKTTc2221KKKKKc2221cKK第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.4 反馈校正反馈校正【要点【要点2】反馈校正可减小系统某些参数变化对控制作用的影响反馈校正可减小系统某些参数变化对控制作用的影响5.4.1 反馈校正作用反馈校正作用)(1sG)(1sG)(2sG)(2sG)(3sG)(3sG)(sGc1X1X2X2X)(sY)(sU)(sU)(sY假定假定)(2sG中的参数随系统工况的变化而变化中的参数随系统工况的变化而变化 )()()(122

57、sXsGsX)()()()(2222sGsdGsXsdX)()()(122sXsdGsdX)(1sG)(1sG)(2sG)(2sG)(3sG)(3sG)(sGc1X1X2X2X)(sY)(sU)(sU)(sY)()()(1)()(1222sXsGsGsGsXc22122)()(1 )()()(sGsGsXsdGsdXc)()(1 1)()()()(22222sGsGsGsdGsXsdXc第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.4 反馈校正反馈校正5.4.1 反馈校正作用反馈校正作用)(1sG)(1sG)(2sG)(

58、2sG)(3sG)(3sG)(sGc1X1X2X2X)(sY)(sU)(sU)(sY【要点【要点3】反馈校正可消除系统中某些环节的不良特性，反馈校正可消除系统中某些环节的不良特性， 代之以期望特性代之以期望特性 )()(1)()(22jGjGjGjGccb1)()(2jGjGc)(1)()()()(22jGjGjGjGjGcccb第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.4 反馈校正反馈校正5.4.1 反馈校正作用反馈校正作用【要点【要点4】对放大环节实施比例正反馈校正可极大地提高系统增益对放大环节实施比例正反馈校正

59、可极大地提高系统增益kck)(sY)(sUcKKKUY1KKc1KKKKUYc1第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.5 顺馈校正与复合控制系统顺馈校正与复合控制系统)(sGc)(sGc)(sGc)(sGc)(sG)(sH)(1sG)(1sG)(1sG)(sH)(sH)(sH)(2sG)(2sG)(2sG)(sN（a）串联校正（b）并联校正（c）补偿原理性误差的顺馈（前馈）校正（d）补偿扰动误差的顺馈（前馈）校正)(sU)(sU)(sU)(sU)(sY)(sY)(sY)(sY按输入补偿的复合控制按输入补偿的复合控制 按扰动补偿的复合控制按扰动补偿的复合控制 第第 5 5 章章 控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础-第5章5.5 顺馈校正与复合控制系统顺馈校正与复合控制系统5.5.1 按输入补偿的复合控制原理按输入补偿的复合控制原理)(sGc