《自动控制理论(第3版)》第06章

1、12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。RYcG对象32 2、控制目标、控制目标性能指标性能指标brcp,M%M频率带宽谐振峰值，幅值穿越频率，稳定裕度频域稳态误差调节时间超调量时域性能指标hetsss44 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

2、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，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。55 5、一般校正方法、一般校正方法反馈校正反馈校正RY)(sH)(1sG)(2sG)(csG串联校正串联校正RY)(csG sG0 sH6按扰动

3、前馈补偿的复合控制 R s Y s E so( )G s R s Y s E sn( )G s N so( )G sr( )G sc( )G sc( )G s按参考输入前馈补偿的复合控制 76 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。8二、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环频率特性开环频率

4、特性低频段低频段: :表征了闭环系统的表征了闭环系统的稳态稳态性能（稳态误差）；性能（稳态误差）；开环频率特性的开环频率特性的中频段中频段: :表征了闭环系统的表征了闭环系统的动动态性能（振荡性、超调、相对稳定性等）；态性能（振荡性、超调、相对稳定性等）；开环频率特性的开环频率特性的高频段高频段: :表征了闭环系统的复表征了闭环系统的复杂性和杂性和噪声抑制噪声抑制能力。能力。 92、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；，以保证稳态误差要求；中频段：中频段：对数幅频特性对数幅频特性斜率斜率一般为一般为20dB/dec，并

5、占据充分宽的频带，以保证具备适当的相角裕并占据充分宽的频带，以保证具备适当的相角裕度；度；高频段：增益尽快减小高频段：增益尽快减小，以削弱噪声影响。若系，以削弱噪声影响。若系统原有部分高频段已符合这种要求，则校正时可统原有部分高频段已符合这种要求，则校正时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。10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应，但稳态 误差太大，这就必须增加

6、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。11第二节第二节 超前校正超前校正1 1、超前校正装

7、置的传函和、超前校正装置的传函和BodeBode图图112212111( ), 111,1csTsG sTssTTT1T10j零极点分布图零极点分布图1210-210-11001010510152010-210-11001010102030405060aT1T1lg20?m121( )111cTsG sTsss超前校正环节的Bode图131211( )11csTsG sTssTTc11tantan)(21)(1) 1(tanTT1mT lg10)(mcL11()tan2mcm 二、超前校正环节的特性二、超前校正环节的特性()1mcmTG 1410-210-11001010510152010-2

8、10-11001010102030405060aT1T1lg2010lgm1211( )11csTsG sTss121mTT 11tan2m15三、超前校正环节的设计原理三、超前校正环节的设计原理16)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sGc)(sGo0( )( )( )( )cG sG s G s H s020lg20lg20lgcGGG H1211( )11csTsG sTss17)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sGc)(sGo020lg20lg20lgcGGG H1211( )11csTsG sTss1,20lg0cG18)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(s

9、Gc)(sGo1211( )11csTsG sTss1210-210-110010105101520lg2010lg19)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sGc)(sGo1211( )11csTsG sTss2,20lg20lg0cG10-210-110010105101520lg2010lg20 (1) 根据给定的系统稳态性能指标，确定系统的开根据给定的系统稳态性能指标，确定系统的开环增益环增益K； (2) 绘制在确定的绘制在确定的K值下系统的值下系统的BodeBode图，并计算其图，并计算其相角裕度相角裕度 0 ； (3) 根据给定的相角裕度根据给定的相角裕度 ，计算所需要的相角

10、超计算所需要的相角超前量前量 0 考虑到校正装置影响剪切频率的位置而留出的裕考虑到校正装置影响剪切频率的位置而留出的裕量，上式中取量，上式中取0015 20四、超前校正环节的设计步骤四、超前校正环节的设计步骤21 (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 m 60，则应考虑采用有源校正装置或两级则应考虑采用有源校正装置或两级无源超前网络串联无源超前网络串联； 0m1sin1sinmma22mc()10lgocL 1mT10-210-110010105101520lg2010lg1( )1cTsG sTs23

11、(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) 画出校正后系统的画出校正后系统的BodeBode图，验算系统的图，验算系统的相角稳定裕度。如不符要求相角稳定裕度。如不符要求，可增大可增大 值，并值，并从第从第3 3步起重新计算步起重新计算； (8) (8) 校验其他性能指标，必要时重新设计参校验其他性能指标，必要时重新设计参量，直到满足全部性能指标量，直到满足全部性能指标。11maTa21maT24五、超前校正环节的设计举例五、超前校正环节的设计举例0( )(0.11)KG sss(0.11)Kss0.01sse400lim(0.11)vsKKsKss0.

12、01sse2504017.67.630m 1 sin31 sinmm11sinm1cmT41.6rad/sc100()20lg10lg0.1occcL 260.0421( )0.0141csG ss0100(0.0421)( )( )(0.11)(0.0141)csG s G ssss11118090tan0.1tan0.042tan0.01443.6ccc27-100-80-60-40-20020406080100Magnitude (dB)10-1100101102103-180-135-90-45045Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)校

13、正后系统的Bode图28 例例6-2 设设型单位反馈系统原有部分的开环传递型单位反馈系统原有部分的开环传递函数为函数为 要求设计串联校正装置，使系统具有要求设计串联校正装置，使系统具有K12及及40的性能指标的性能指标。( )(1)oKGss s29 解解 ：（：（1）当当K12时，未校正系统的时，未校正系统的Bode图如下图中的曲图如下图中的曲线线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 。1m01020-10-40dB/dec3040-30-200.110.50.210-20dB/decGcGo20dB/dec20lg12GL(w)/dB1c21

14、30 由于由于BodeBode曲线以曲线以40dB/dec40dB/dec的斜率与零分贝线相的斜率与零分贝线相交于交于c c1 1 ，故存在下述关系：，故存在下述关系： 所以所以 1020 lg 1240lglg 1c 11123.46sc31（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）为使系统相角裕量满足要求，引入串联超前校正网络。）为使系统相角裕量满足要求，引入串联超前校正网络。在校正后系统幅值穿越频率处的超前相角取为在校正后系统幅值穿越频率处的超前相角取为(也可取其也可取其他值他值)011180()18090arctgcc 90arctg3.4616.1240 m

15、oooo004012.1612.164032(4)、因此、因此(5)在校正后系统幅值穿越频率在校正后系统幅值穿越频率 处校正网络的增益应处校正网络的增益应为为10lg4.606.63dB。 根据前面计算根据前面计算c1的原理，可以计算出未校正系统增益为的原理，可以计算出未校正系统增益为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，即1sin4.601 sinmma2cm216.63040lglgcc 26.6340(lglg3.46)c125.07scm33（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 115.072.66

16、s4.6ma125.074.6010.87sma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12( /2.66 1)( )( )( )(1)( /10.87 1)cosG sG s G ss ss34(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。 218090arctg5.07/2.66arctg5.07arctg5.07/10.8748.474035确定开环增益确定开环增益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,并求并求补偿校正前给定的 mmmasin1sin11052015未校正系

17、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mc am1am2满足要求？满足要求？结束结束YN36六、超前校正环节的设计小结六、超前校正环节的设计小结373 3、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

18、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38(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 4 4、设计步骤、设计步骤 ：391T1T20lgm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 滞后校正环节滞后校正环节1,1111)(12ssTsTssGcTT1,12140二、滞后校正环节的特性二、滞后校正环节的特性1mT1arcsin1m1( )1cTsG sTs41三、滞后

19、校正环节的设计原理三、滞后校正环节的设计原理42四、滞后校正环节的设计步骤四、滞后校正环节的设计步骤0()180c 43111()102cT0()20lgcL441.02p1122p ,L43pc 24.025o25204020404011010045五、滞后校正环节的设计举例五、滞后校正环节的设计举例0( )(0.21)(0.51)KG ssss20) 15 . 0)(12 . 0(lim)(lim000KsssKsssGKssv) 15 . 0)(12 . 0(20)(0ssssG4605 . 02 . 020lg20ccc11018090tan (0.2 5.85)tan (0.5 5.

20、85)30.6 05.85rad/sc) 15 . 0)(12 . 0(20)(0ssssG47()1803512133c c1.16rad/sc11tan (0.2)tan (0.5)43cc2020lg20lgc2115cT4814.31( )174.321cTssG sTss) 132.74)(15 . 0)(12 . 0() 13 . 4(20)()(0ssssssGsGc111118090tan (0.2 1.16)tan (0.5 1.16)tan (4.3 1.16)tan (74.32 1.16)35490c0c50sys1=tf(86 20,conv(0.1 0.7 1,74

21、.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) 15 . 0)(12 . 0(20sss) 132.74)(15 . 0)(12 . 0() 13 . 4(20sssss51（1 1）、改变幅值曲线低频段的值，使幅值穿越频）、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相频特性不变；率减小，而在穿越频率附近保持相频特性不变；（2 2）、对低频信号具有较强的放大能力

22、，从而可）、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；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，系统上升时间加长。上升时间加长。六、滞后校正环节的设计小结六、滞后校正环节的设计小结52（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

23、扰性能要求较高 的系统；的系统；53超前校正超前校正 超前校正是利用超前校正装置的相位超前特超前校正是利用超前校正装置的相位超前特性对系统进行校正，使校正后系统的稳定裕量和性对系统进行校正，使校正后系统的稳定裕量和幅值穿越频率都增大。幅值穿越频率都增大。 幅值穿越频率的增大意味着系统的频带变宽，幅值穿越频率的增大意味着系统的频带变宽，瞬态响应变快，调整时间缩短。瞬态响应变快，调整时间缩短。 超前校正装置在改变开环对数幅频渐近线中超前校正装置在改变开环对数幅频渐近线中斜率的同时，也提高了其高频段的增益，这不利斜率的同时，也提高了其高频段的增益，这不利于高频噪声信号的抑制。于高频噪声信号的抑制。5

24、4滞后校正滞后校正 滞后校正是利用了滞后校正装置的高频幅值滞后校正是利用了滞后校正装置的高频幅值衰减特性，而不是它的相位滞后作用。衰减特性，而不是它的相位滞后作用。 这种校正由于降低了高频区的增益，致使幅这种校正由于降低了高频区的增益，致使幅值穿越频率减小。幅值穿越频率的减小意味着稳值穿越频率减小。幅值穿越频率的减小意味着稳定裕量的增大，带宽变窄，瞬态响应变慢，调整定裕量的增大，带宽变窄，瞬态响应变慢，调整时间增加，但有利于抑制高频噪声。时间增加，但有利于抑制高频噪声。 利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，能利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，能较大幅度地提高系统的低频增益，从而改善了系较大幅

25、度地提高系统的低频增益，从而改善了系统的稳态性能。这种校正正是牺牲了系统的带宽统的稳态性能。这种校正正是牺牲了系统的带宽来提高其稳定裕量，这是它的不足之处。来提高其稳定裕量，这是它的不足之处。55第四节第四节 串联滞后串联滞后超前校正超前校正滞后滞后超前校正环节的特性超前校正环节的特性串联滞后串联滞后超前校正环节的设计原理超前校正环节的设计原理56l无源滞后无源滞后超前校正超前校正一、滞后一、滞后超前校正环节的特性超前校正环节的特性1212211 2122(1)(1)11( )()111cT sT sT sT sGsTTT sTT sT ss1221RRR111CRT 222CRT 21TT1

26、a221aj05710-210-1100101102103-20-15-10-5010-210-1100101102103-60-40-2002040602a211adB)()(L0121211( )11cTsT sGsTT ss01 21TT0的频段，的频段，0的频段，的频段，当当校正网络具有相位滞后特性校正网络具有相位滞后特性校正网络具有相位超前特性。校正网络具有相位超前特性。58二、滞后二、滞后超前校正环节的设计原理超前校正环节的设计原理 串联超前校正主要是利用超前网络的相角超前串联超前校正主要是利用超前网络的相角超前特性来提高系统的相角裕量或相对稳定性，特性来提高系统的相角裕量或相对稳

27、定性，而串联而串联滞后校正是利用滞后网络在高频段的幅值衰减特性滞后校正是利用滞后网络在高频段的幅值衰减特性来提高系统的开环放大系数，从而改善系统的稳态来提高系统的开环放大系数，从而改善系统的稳态性能。性能。 当原系统在剪切频率上的相频特性负斜率较大当原系统在剪切频率上的相频特性负斜率较大又不满足相角裕量时，不宜采用串联超前校正，而又不满足相角裕量时，不宜采用串联超前校正，而应考虑采用串联滞后校正。但并不意味着串联滞后应考虑采用串联滞后校正。但并不意味着串联滞后一定能有效的代替串联超前校正，综合两种方法进一定能有效的代替串联超前校正，综合两种方法进行系统校正。行系统校正。59串联滞后校正主要用来

28、校正开环频率的低频区特串联滞后校正主要用来校正开环频率的低频区特性，性，超前校正主要用于改变中频区特性的形状和超前校正主要用于改变中频区特性的形状和参数。在确定参数时，两者基本上可独立进行。参数。在确定参数时，两者基本上可独立进行。可按前面的步骤分别确定超前和滞后装置的参数。可按前面的步骤分别确定超前和滞后装置的参数。一般，先根据动态性能指标的要求确定超前校正一般，先根据动态性能指标的要求确定超前校正装置的参数，在此基础上，再根据稳态性能指标装置的参数，在此基础上，再根据稳态性能指标的要求确定滞后装置的参数。的要求确定滞后装置的参数。应注意，应注意，在确定滞后校正装置时，尽量不影响已在确定滞后

29、校正装置时，尽量不影响已由超前装置校正好了的系统的动态指标，在确定由超前装置校正好了的系统的动态指标，在确定超前校正装置时，要考虑到滞后装置加入对系统超前校正装置时，要考虑到滞后装置加入对系统动态性能的影响，参数选择应留有裕量。动态性能的影响，参数选择应留有裕量。60 串联滞后串联滞后- -超前校正，超前校正，实质上综合应用了滞后和实质上综合应用了滞后和超前校正各自的特点，即利用校正装置的超前部分超前校正各自的特点，即利用校正装置的超前部分来增大系统的相位裕度，以改善其动态性能；利用来增大系统的相位裕度，以改善其动态性能；利用它的滞后部分来改善系统的静态性能，两者分工明它的滞后部分来改善系统的

30、静态性能，两者分工明确，相辅相成。确，相辅相成。61第五节第五节 PID调节器调节器 控制器控制器是构成自动控制系统的是构成自动控制系统的核心部分核心部分，控制器，控制器设计的好坏直接影响自动控制系统的控制品质。设计的好坏直接影响自动控制系统的控制品质。 控制器的种类繁多，结构也千差万别，但是采用控制器的种类繁多，结构也千差万别，但是采用较多的还是较多的还是PID控制器（也称之为控制器（也称之为PID调节器）。它是调节器）。它是一种历史悠久、技术成熟、应用广泛的控制方法。一种历史悠久、技术成熟、应用广泛的控制方法。 PID调节器具有以下优点：调节器具有以下优点： 原理简单，应用方便；原理简单，

31、应用方便； 适应能力强，广泛应用于电力、航空、机械、冶适应能力强，广泛应用于电力、航空、机械、冶金、石油化工、造纸等各行各业。金、石油化工、造纸等各行各业。 鲁棒性强。即鲁棒性强。即PIDPID控制的控制品质对被控对象的变控制的控制品质对被控对象的变化不敏感。化不敏感。62一一PID调节器的基本控制规律调节器的基本控制规律 PID调节器是将偏差的比例（调节器是将偏差的比例（P）、积分（）、积分（I）和）和微分（微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其控制规律为行控制。其控制规律为01( )( )( )( )tpDIde tu tKe ted

32、TTdt( )1( )1( )pDIU sG sKsE ss式中式中 Kp 比例系数；比例系数； TI 积分时间常数；积分时间常数； TD 微分时间常数。微分时间常数。 63 （1）比例控制规律）比例控制规律u(t) = Kp e(t) 比例控制作用比例控制作用及时成比例地反映控制系统的偏差信号及时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用。 Kp越大，控制作用越强，可以减小系统的稳态误差，但会越大，控制作用越强，可以减小系统的稳态误差，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。降低系统的相对稳定性，甚至可能造

33、成闭环系统不稳定。 Kp越越小，控制作用越弱，稳态误差增大，但对稳定性有利。小，控制作用越弱，稳态误差增大，但对稳定性有利。 在系统的校正设计中，很少单独使用比例控制规律。在系统的校正设计中，很少单独使用比例控制规律。64 积分控制作用的特点是：只要被控对象的被控量不等于给积分控制作用的特点是：只要被控对象的被控量不等于给定值，执行器就会不停地动作，而且偏差越大，执行器输出的定值，执行器就会不停地动作，而且偏差越大，执行器输出的移动速度移动速度u (t)越快。只有当偏差等于零时，控制作用才告结束，越快。只有当偏差等于零时，控制作用才告结束，这时执行器停止动作，控制系统达到一新的平衡状态。因此这

34、时执行器停止动作，控制系统达到一新的平衡状态。因此积积分控制作用是能够消除稳态误差分控制作用是能够消除稳态误差。 但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生号产生90 的相角滞后，对系统的稳定性不利。的相角滞后，对系统的稳定性不利。 积分时间常数积分时间常数TI 的大小要根据需要来确定。的大小要根据需要来确定。 TI 越越 小，积分小，积分作用越强，在偏差相同的情况下，执行器的动作速度加快，会作用越强，在偏差相同的情况下，执行器的动作速度加快，会增加调节过程的振荡，增加调节过程的振荡， TI 过小，可能会使系统不稳定。过小，可能会

35、使系统不稳定。 TI越大，越大，可以减小调节过程的振荡，但可以减小调节过程的振荡，但TI 过大，虽然可能使系统被控量过大，虽然可能使系统被控量不产生振荡，但是动态偏差会太大。不产生振荡，但是动态偏差会太大。（2）积分控制规律）积分控制规律01( )( )tIu tedT65（3）微分控制规律）微分控制规律( )( )Dde tu tTdt 微分控制作用的特点是：微分控制作用的特点是：控制作用控制作用u(t)与偏差的变化率与偏差的变化率e (t)成正比，而与偏差的大小无关。成正比，而与偏差的大小无关。微分控制作用能反映偏差信号的微分控制作用能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，

36、在系统中引入一个变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。微分时间常数微分时间常数TD越大，微分的作用越强。越大，微分的作用越强。 当控制过程结束时，偏差当控制过程结束时，偏差e(t)的变化速度将等于零，此时控的变化速度将等于零，此时控制器输出（即执行器的位移）制器输出（即执行器的位移）u(t)也将等于零，即执行器的位置也将等于零，即执行器的位置总是回复到原来的位置，这样就不能适应负荷的变化，不能满足总是回复到原来的位置，这样就不能适应负荷的变化，不能满足控制的要求

37、。另外，微分控制对高频噪声过于敏感，因此只具有控制的要求。另外，微分控制对高频噪声过于敏感，因此只具有微分控制作用的控制器在控制系统中是不能使用的，它只能作为微分控制作用的控制器在控制系统中是不能使用的，它只能作为控制器作用的一个组成部分。它可以和其他控制作用（如比例控控制器作用的一个组成部分。它可以和其他控制作用（如比例控制、积分控制）组合成制、积分控制）组合成PD或或PID控制作用。控制作用。662常用调节器的调节作用常用调节器的调节作用 下面通过例题分析几种常用调节器的调节作用。下面通过例题分析几种常用调节器的调节作用。 例例6-3 系统的结构图如图所示。采用系统的结构图如图所示。采用串

38、串联校正，试分析校正前后系统的性能。联校正，试分析校正前后系统的性能。 解：校正前系统解：校正前系统 0型系统，型系统，Kp = K = 8.15。 c =127.5， = 47.02+-6.13(1+0.05s)sC(s)R(s)8.15(1+0.05s)(1+0.01s) 67 L( )/dB0402011010018.22dB34dB 校正后系统校正后系统 型系统，型系统，Kv = K = 50 c = 50， = 63.43)01. 01)(05. 01 (15. 8)(sssG)01. 01 (50)01. 01)(05. 01 ()05. 01 (50)(sssssssGG（s）G

39、0)(sG68 由本例可以看出由本例可以看出PI调节器串联校正的作用调节器串联校正的作用是是 可将系统提高一个无差型别，显著提高了系统的可将系统提高一个无差型别，显著提高了系统的稳态性能。稳态性能。 与此同时也可以保证校正后系统是稳定的，且具与此同时也可以保证校正后系统是稳定的，且具有较好的动态性能：超调量减小，但响应速度可能会有较好的动态性能：超调量减小，但响应速度可能会变慢。变慢。 校正前系统校正前系统 0型系统，型系统，Kp = K = 8.15 c =127.5， = 47.02校正后系统校正后系统 型系统，型系统，Kv = K =50 c = 50， = 63.4369 PIPI调节

40、器的作用相当于串联了调节器的作用相当于串联了一个积分环节和一个积分环节和一个一个比例微分环节比例微分环节。利用积分环节可将系统提高一个无差型。利用积分环节可将系统提高一个无差型号，显著改善系统的稳态性能。但积分控制使系统增加号，显著改善系统的稳态性能。但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生了一个位于原点的开环极点，使信号产生9090 的相角滞后，的相角滞后，对系统的稳定性不利，这种不利的影响可通过一阶比例对系统的稳定性不利，这种不利的影响可通过一阶比例微分环节得到一些补偿。只要参数选取合理，可以同时微分环节得到一些补偿。只要参数选取合理，可以同时改善系统的稳态性能和动态性能。

41、改善系统的稳态性能和动态性能。70 例例6-4 已知单位反馈系统的结构图如图所示。采用已知单位反馈系统的结构图如图所示。采用串联校正，试分析校正前、后系统的性能。串联校正，试分析校正前、后系统的性能。 解：解： (1) 校正前原系统校正前原系统 这是一个典型二阶系统，这是一个典型二阶系统， n= 1， =1，临界阻尼状临界阻尼状态，响应速度较慢态，响应速度较慢。从稳态性能上看这是一个。从稳态性能上看这是一个型系型系统，统，Kv = 0.5。 c = 0.5 = 180 90 arctan0.5 0.5 = 75.96 +-8(1+0.25s)C(s)R(s)1s(s+2) 71 L( )/dB040200.11100.56dB)5 . 01 (5 . 0)2(1)(sssssG)5 . 01 ()25. 01 (4)()()(ssssGsGsGc校正后系统校正后系统 型系统，型系统，Kv = K = 4 c = 2.82， = 70.5272本例本例PD调节器串联校正的作用是：调节器串联校正的作用是： 加大系统的开