第六章控制系统的综合和校正

1、扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正 第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正 6.1 6.1 系统设计概述系统设计概述6.26.2 基本控制规律基本控制规律 6.3 6.3 串联校正串联校正 6.4 6.4 反馈校正反馈校正 6.5 6.5 复合控制复合控制扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综

2、合和校正控制系统的综合和校正闭环系统闭环系统电动调节阀 4.执行元件执行元件智能化控制器温度传感器 2. 测量元件测量元件1.给定元件及比较元件给定元件及比较元件3.放大元件：放大元件：温度控制温度控制系统系统 控制系统控制系统如何如何设计设计？扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正本章要求本章要求 : 1、了解系统校正方式的结构和基本控制规律；、了解系统校正方式的结构和基本控制规律； 2、掌握常用校正装置的频率特性及其作用；、掌握常用校正装置的频率特性及其作用； 3、掌握选择校正装置的方法；、掌握选择

3、校正装置的方法； 4、重点掌握串联校正设计方法；、重点掌握串联校正设计方法； 5、掌握反馈校正、复合校正的设计方法；、掌握反馈校正、复合校正的设计方法； 6、掌握指标验证的方法。、掌握指标验证的方法。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正6.1 系统设计概述系统设计概述1.1.控制系统的设计任务控制系统的设计任务2.2.控制系统的性能指标控制系统的性能指标3.3.校正方式校正方式4.4.频率响应设计法频率响应设计法6. 控制系统希望频率幅频曲线控制系统希望频率幅频曲线5.5.校正方法校正方法扬州大学能源

4、与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正1.1.控制系统的设计任务控制系统的设计任务： 根据被控对象及其控制要求，选择适当的控根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器及控制规律设计一个满足给定性能指标的控制器及控制规律设计一个满足给定性能指标的控制系统。制系统。校正校正( (补偿补偿) )：通过改变系统结构，或在系统中增加：通过改变系统结构，或在系统中增加附加装置或元件对已有的系统（固有部分）进行附加装置或元件对已有的系统（固有部分）进行再设计使之满足性能要求。再设计使之满足性能要求。！控制系统的设计本质上是寻找合

5、适的校正装置控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置( (校正装置校正装置) )扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正2. 控制系统的性能指标控制系统的性能指标稳态精度 稳态误差ess过渡过程响应特性时域：上升时间tr、超调量Mp、调节时间ts频域：谐振峰值Mr、增益交界频率c、谐 振频率r、带宽b相对稳定性 增益裕量Kg、相位裕量(c)扰动的抑制 带宽二阶系统二阶系统频域指标频域指标与时域指与时域指标的关系标的关系谐振峰值)707. 0(12/12rM)707. 0(212nr谐振频率带宽频率4224

6、4221nb截止频率24241nc相角裕度24241 arctg超调量%100%21/e调节时间nst/5 . 3tgtsc/7扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正高阶系统频域指标与时域指标的关系高阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值超调量调节时间sin/1rM) 1(4 . 016. 0rMcsKt/)8 . 11 () 1(5 . 2) 1(5 . 122rrrMMMK扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校

7、正系统带宽的选择系统带宽的选择 要求较高的稳定裕度，希望开环对数幅频特要求较高的稳定裕度，希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为性在截止频率处的斜率为 -20dB/dec。 要求较强的从噪声中辨识信号的能力，希望要求较强的从噪声中辨识信号的能力，希望开环对数幅频特性在截止频率处的斜率小于开环对数幅频特性在截止频率处的斜率小于 -40dB/dec不同用途的系统对系统带宽是不一样不同用途的系统对系统带宽是不一样的。的。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正一般要求系统的稳定裕度在一般要求系统的稳定裕度在

8、45o左右左右 中频区的斜中频区的斜率为率为-20dB/decMb)105(M0n1若输入信号的带宽：若输入信号的带宽：噪声信号主要作用的频带为：噪声信号主要作用的频带为：而且使而且使 处于处于 之外之外。n1b0n1M0b扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正串联校正并联校正（反馈校正）复合（前馈、顺馈）校正4 . 校正方式校正方式扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正校正方式取决于 系统中信号的性质；技术方便

9、程度；可供选择的元 件；其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）； 经济性串联校正 设计较简单，容易对信号进行各种必要的变换， 但需注意负载效应的影响。反馈校正 可消除系统原有部分参数对系统性能的影响， 元件数也往往较少。同时采用串、并联校正 性能指标要求较高的系统。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（1 1）、综合法（期望特性法）、综合法（期望特性法） 根据性能指标要求确定系统期望的特性， 与原有特性进行比较，从而确定校正方式、校 正装置的形式及参数。5. 校正方法校正方法固有特性系统要求的品质指标

10、选定的校正装置“-”扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（2）、分析法（试探法）直观、设计的校正装置物理上易于实现。固有特性系统要求的品质指标系统的品质不符要求则重选校正装置选定的校正装置“+”“-”扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正6.6.频率响应设计法频率响应设计法频率特性图可以清楚表明系统改变性能指标的方向。频域设计通常通过Bode图进行处理起来十分简单。 （当采用串联校正时，使得校正后系统的Bode

11、图即 为原有系统Bode图和校正装置的Bode图直接相加）对于某些数学模型推导起来比较困难的元件，如液压和气动元件，通常可以通过频率响应实验来获得其Bode图。在涉及到高频噪声时，频域法设计比其他方法更为方便。！分析法或者综合法都可应用根轨迹法 和频率响应法实现。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正低频段 (第一个转折频率1之前的频段)稳态性能中频段 (2 3) 动态性能高频段 (10c 以后的频段) 抗干扰三频段三频段6. 控制系统希望频率幅频曲线控制系统希望频率幅频曲线扬州大学能源与动力工程学院扬

12、州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正一个设计合理的系统的三频段一个设计合理的系统的三频段中频段的斜率以20dB为宜；但中频段必须有足够的带宽，以保证系的相位裕 量，带宽越大，相位裕量越大。！ c的大小取决于系统的快速性要求。c大快速性好，但抗扰能力下降。低频段和高频段可以有更大的斜率低频段和高频段可以有更大的斜率 低频段斜率大，提高稳态性能；低频段斜率大，提高稳态性能； 高频段斜率大，排除干扰。高频段斜率大，排除干扰。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控

13、制系统的综合和校正希望频率幅频曲线希望频率幅频曲线 根据设计指标而确定的满足系统品质要求的开环对数幅频特性曲线。确定低、中、高三频段；将低、中频部分和中、高频部分连接起来，使Lds()的 连接线与系统固有的对数幅频特性 Ls() 斜率相接近；性能验算。例Lds()扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正低频段的绘制低频段的绘制低频段主要是放大环节和积分环节 由稳态误差（或稳态误差系统）定增益无误差或误差系数？ 如输入周期函数不光滑的速度或加速度精度点LiL()20lgKLiAi1扬州大学能源与动力工程学院

14、扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正中频段的绘制中频段的绘制按给定的时域或频域性能指标交界频率c过c点作-20dB/dec的直线确定中频渐近线的长度， 或起点2和终点323h2和3分别成为c前后的转折频率扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正高频段的绘制高频段的绘制系统固有特性Ls()的高频部分 相同斜率、便于实现！扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综

15、合和校正 PID控制控制是控制工程中技术成熟、理论完善、应用最为广泛的一种控制策略。 P、PI、PD 或PID 控制 适用于数学模型已知及大多数数学模型难以确 定的控制系统或过程。 PID 控制参数整定方便，结构灵活 数字PID 控制6.2基本控制规律基本控制规律（补充）（补充）扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正pcKsEsUsG)()()(pcKLlg20)(0)(c1.P1.P控制控制K加大，稳态误差减小；增大，过渡过程时间缩短；减小减小，系统稳定程度变差。原系统稳定裕量充分大时才采用比例控制。

16、Kp1Kp1扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正 微分控制具有预测特性。 Td 就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的时间间隔。( )( )(1)( )cpdU sG sKT sE sBUT:微分控制不可能预测任何尚未发生的作用。2.PD2.PD控制控制扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正转折频率1=1/Td预先作用抑制阶跃响应的超调 缩短调节时间 抗高频干扰能力( )( )(1)( )cpdU sG sK

17、T sE s221lg20lg20)(dpcTKLdcTtg1)(扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正相位裕量增加，稳定 性提高；c增大，快速性提高Kp1时，系统的稳 态性能没有变化。高频段增益上升，可 能导致执行元件输出 饱和，并且降低了系 统抗干扰的能力；BUT：微分控制仅仅在系统的瞬态过程中起作用，一般不单独使用。 PD控制通过引入微分作用改善了系统的动态性能扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正3.PI

18、3.PI控制控制调节Ti 影响积分控制作用；调节Kp既影响控制作用的比例部分，又影响积分部分。sTsTKsTKsEsUsGiipipc11)()()(由于存在积分控制，PI控制器具有记忆功能。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正sTsTKsTKsEsUsGiipipc11)()()(iipcgTTKL201lg20lg20)(2290)(1icTtg转折频率1=1/（KpTi）一个积分环节 提高系统的稳态精度 弥补积分环节对系统稳定性的不利影响扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控

19、制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正Kp1系统型次 提 高，稳态性 能改善。相位裕量减 小，稳定程 度变差。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正Kp 1系统型次提高， 稳态性能改善；系统从不稳定变 为稳定；c减小，快速性 变差。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正通过引入积分控制作用以改善系统的稳态性能。通过比例控制作用来调节积分作用所导致相角滞后对系统的稳定性所带来的不利

20、影响。由于 ，导致引入PI控制器后，系统的相位滞后增加，因此，若要通过PI控制器改善系统的稳定性，必须有Kp 1，以降低系统的幅值穿越频率。090)(1icTtg扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正3.PID3.PID控制控制sTsTsTsTsTKsEsUsGdipc221) 11)(11(1)()()(42122, 1idpdTTKKTTp 一个零极点 提高稳态精度两个负实部零点 提高动态性能扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校

21、正控制系统的综合和校正在低频段，PID控制器通过积分控制作用,改善了系统的稳态性能；在中频段，PID控制器通过微分控制作用,有效地提高了系统的动态性能。通常PID 控制器中 i Td ）Kp1扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正6.3 串联校正串联校正1.1.校正装置校正装置2.串联校正的分析法串联校正的分析法4. 超前串联校正超前串联校正6. 滞后滞后-超前串联校正超前串联校正5. 滞后串联校正滞后串联校正3.3.串联校正的综合法串联校正的综合法扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自

22、动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正1.1.校正装置校正装置无源校正网络：阻容元件优点：校正元件的特性比较稳定。缺点：由于输出阻抗较高而输入阻抗较低，需要另 加放大器并进行隔离; 没有放大增益，只有衰减。有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。缺点：特性容易漂移。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正相位超前校正网络相位滞后校正网络相位超前-滞后校正网络响应的快速性（带宽）稳态精度（系统增益）（1）.PD控制校正网络及超

23、前校正网络（2）.PI控制校正网络及滞后校正网络（3）.PID控制校正网络及滞后-超前校正网络校正装置分类校正装置分类扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（1）.PD.PD控制校正网络及超前校正网络控制校正网络及超前校正网络PD校正装置) 1()()(1112sCRRRsUsUio1( )(1)cpGsKT s111CRT12RRKp21( )( )( )ociU sZG sU sZ（S）（S）扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校

24、正控制系统的综合和校正超前校正网络超前校正网络( (近似近似PDPD校正装置校正装置) )212( )1( )( )( )1ociU sZTsG sU sZZ STs（S）（S）+111CRT 无源阻容网络1RRR2121()1cj TGjjT扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正Bode图mmSin1Sin120lgm0)( 1cd():|0dm 令m121: T得m 21tg1m121211 , , TT校正装置有最大的超前相角( )carctgTarctgaT alg20扬州大学能源与动力工程学院

25、扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正通常，校正是先满足稳态误差的要求，增加校正装置最通常，校正是先满足稳态误差的要求，增加校正装置最好不要影响低频段，上述无源网络低频端有衰好不要影响低频段，上述无源网络低频端有衰 减，我减，我们先增加一个增益们先增加一个增益 的比例环节或将固有的比例环节或将固有系统的增益提高系统的增益提高KcKc，相应的频率特性如图。，相应的频率特性如图。lg20KCL( )+20dB/dec20lgKC20lg( )1( )( )1ociU sTsG sU sTs扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力

26、工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正10-210-11001010510152010-210-11001010102030405060频率特性频率特性0.1,1aT20dB/dec20dB/dec1T1Tmalg20alg10m( )1( )( )1ociU sTsG sU sTs扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正110sin1mdada1sin1/1 sinmma m =20时， m65高通滤波特性， 值过小对抑制系统高频噪声不利。相位超前 系统带

27、宽 动态性能 噪声为保持较高的系统信噪比，通常选择0.1(此时m=55)。最大超前角1/扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正在1/T 和1/ T间引入相位超前使中频段斜率减小1T1T1T10lga扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正PI校正装置)11 ()()(TsKsUsUpio22CRT 12RRKp（2 2）PIPI控制校正网络及滞后校正网络控制校正网络及滞后校正网络21( )( )( )ociU sZ

28、G sU sZ（S）（S）扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正212212,RaTRRCRR（）阻容网络 11( )111(1)(1)cpTsG sTsaKTsTs滞后校正网络滞后校正网络( (近似近似PIPI校正装置校正装置) )212( )1( )( )( )1ociU sZTsG sU sZZ STs（S）（S）+扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正近似近似PIPI校正装置的特性校正装置的特性1( )1

29、caTsG sTs在整个频率范围内相位都 滞后，相位滞后校正。aTddm10转角频率1/T，1/ T的几何中点。开环对数频率特性的中高频部分增益交界频率 稳定裕量开环对数频率特性的中高频部分稳态精度串联校正时扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正110sin1mdada 1sin()1/1 sin()mma越小，相位滞后越严重。应尽量使产生最大滞后相角的频率m远离校正后系统的幅值穿越频率c，否则会对系统的动态性能产生不利影响。常取2110cT扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原

30、理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正对于稳定的系统 提高稳态准确度，1/T 和1/T 向左远离c，使c附 近的相位不受滞后环节的影响。对于不稳定的系统增益降低使得c减小。滞后校正装置实质上是 一个低通滤波器，它对低 频信号基本上无衰减作用,但能削弱高频噪声， 越大，抑制噪声能力越强。通常选 = 0.1左右。11( )1caTsG sa Ts20 lg a20 lg a1T1T扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正PID校正装置)(11 )()(21212121sTTTTs

31、TTTTsUsUGioc111CRT 222CRT 21CR（3 3）.PID.PID控制校正网络及滞后控制校正网络及滞后- -超前校正网络超前校正网络21( )cZGsZ（S）（S）扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正无源阻容网络2122121 212(1)(1)( )( )()1cZT sT sGsZZSTT sTT s（S）（S）+221RRRa111CRT 222CRT 滞后滞后- -超前校正网络超前校正网络( (近似近似PIDPID校正装置校正装置) )1212TR C1ST1ST1ST1S

32、T) s (G2211c2221111111a扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正近似近似PIDPID校正装置的特性校正装置的特性1111)(2211sTsTsTsTsGc前半段是相位滞后部分,由于具有使增益衰减的作用，所以允许在低频段提高增益，以改善系统的稳态性能。后半段是相位超前部分,可以提高系统的相位裕量,加大幅值穿越频率，改善系统的动态性能。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正2.2.串联校正的综合法

33、串联校正的综合法绘制系统固有对数幅频特性Ls()按预定的品质指标，绘制希望对数幅频特性Lds()求得所要设计的串联校正装置的对数幅频特性 Lc()写出相应的串联校正装置的传递函数Gc(s)按Gc(s)选择校正装置的具体实现校验)()()(sGsGsGcsds)()()(sdscLLL扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正希望频率幅频曲线希望频率幅频曲线 11200sKKv(1)低频段的绘制I型系统低频段斜率:20dB/decA点:(=1, 20lgK=20lg200=46dB) 101. 0)(105.

34、 0(200)(ssssGs1200sKv%30sts5 . 0系统开环传递函数Ls()扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（2）中频段的绘制 3 . 0) 1(4 . 016. 0rM35. 1rM8 .471arcsinrM 506 . 750sin150sin1sin1sin1h5 . 0) 1(5 . 2) 1(5 . 122rrcsMMt18 .17sc过 作斜率为20dB/dec的直线 sradc/8 .17sradMMrrc/6 . 412sradMMrrc/3113srad /2 .

35、42srad /1003取6 . 78 .232 . 410023h取扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正srad /1744与高频段相交过 作斜率为40dB/dec直线（5）中高频段的联接系统固有特性 的高频段（3）绘制高频段)(sL60dB/dec中频段与 垂线的交点（4）低中频段的联接srad /2 . 42srad /4 . 01斜率等于40dB/dec与低频渐近线交点的频率srad /1003扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的

36、综合和校正控制系统的综合和校正（6）验算性能特性指标 ) 1)(1)(1() 1(200)(4312ssssssGds) 10059. 0)(101. 0)(15 . 2() 124. 0(200ssssssradc/8 .1753)(180c6 . 78 .23h扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正2 . 411201246. 011T17412T12c12( s1)(s1)(0.24s1)(0.05s1)G (s)(Ts1)(T s1)(2.17s1)(0.00574s1)扬州大学能源与动力工程学

37、院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正1221 22121( s1)( s1)G(s)ss1 111R C0.05222R C0.24取 C C2 2= 10F = 10F R R1 1= = ？kk R R2 2= = ？ k k C C1 1= = ？ FF 12c12( s1)(s1)(0.24s1)(0.05s1)G (s)(Ts1)(T s1)(2.17s1)(0.00574s1)1212R C？扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综

38、合和校正系统不稳定；系统稳定但瞬态响应不满意、稳态误差不满意超前或超前或PDPD改变响应曲线的高频部分，提高c3.3.串联校正的分析法串联校正的分析法滞后或滞后或PIPI系统稳定满意的瞬态响应和频带宽度维持高频部分； 稳态精度超差提高低频增益，减小稳态误差滞后滞后- -超前或超前或PIDPID系统稳定但稳态精度不满意 增大低频增益 瞬态响应不满意 提高c比较比较扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正设一具有单位反馈的控制系统，其开环传递函数为 ，若要求使系统静态速度误差系数Kv等于20s1，相位裕度不小

39、于50。超前串联校正超前串联校正c相频超前 系统带宽稳定裕度)2(4)(ssKsGc（1）根据误差等稳态指标的要求，确定系统的开环增益K202)2(4lim)(lim00KssKsssGKsssv10K4020( )(2)(0.51)sG ss sss扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正超前校正（2）*计算未校正系统Gs（j )的相位裕量系统的相位和增益裕量分别为17和分贝 c40G (s)s(s2)c20G (s)1s(s1)2c6 6 . .3 3 r ra a d d / /s s1.系统稳定2

40、.稳态误差满意3.瞬态响应不满意改变高频部分，c超前校正扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正超前校正*计算未校正系统Gs（j )的相位裕量系统的相位和增益裕量分别为17和分贝 c40G (s)s(s2)c20G (s)1s(s1)2c c2 20 0l lg gG G( (j j ) )= =2 20 02 20 0l lg g 2 2 0 02 2 0 0 l l g g1 1 2 2 1 1 1 1c6 6 . .3 3 r ra a d d / /s s扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动

41、力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正在1/T 和1/ T间引入相位超前使中频段斜率减小1T1T1T(510 )38mcc 10lg1/a10lg1/Ca2 20 0l lg gG G( (J J) )1CT1sin11sinmm1( )1cTsG sTs扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正补偿c增加造成的Gs（j )相位滞后（3）确定需要增加的最大相位超 前角m331750385m扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控

42、制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（4）确定系数，确定 频率c,且c=m1 sin1 sin3814.21 sin1 sin38mm2 . 62 . 4lg10lg10mL19cmT（5）确定超前网络的 转角频率1、2194.414.2cT14.2 4.4118.4T扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（6）引进增益Kc等于的 放大器，确定校正后的系 统开环传递函数1054. 01227. 014 .18141. 42 . 41111)(sssssTTssGc1054. 01

43、227. 0) 15 . 0 (20)()()(sssssGsGsGcs扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（7）确定超前网络的参数?11CF227101227. 0611CTR7112 . 4227112RR（k）（k）扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（8）校验满足稳态要求带宽增加、响应加快增益裕量：+分贝相位裕量：50增益交界频率：6.3/s9/s闭环谐振频率：6/s7/s谐振峰值:31.29扬州大学

44、能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正确定开环增益K稳态误差的要求画出未校正系统的波特图,并求补偿校正前给定的 m1 sin1/1 sinmma1052015未校正系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec-60dB/dec求未校正系统幅值为10lga处的频率mc 1ma2/ma满足要求？结束YN扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正结束验算已校正系统的相位裕度和幅值裕度 计算电路参数CRRRR CR2

45、1211扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正单位反馈的系统开环传递函数为 ,要求校正后系统的速度误差系数 ,相位裕量不小于40。滞后串联校正滞后串联校正增大开环增益 提高稳态精度高频段衰减 不影响动态品质) 15 . 0)(1()(sssKsGs15 sKv（1）根据给定的稳定误差或误差系数,确定系统的开环增益5) 15 . 0)(1(lim)(lim00KssssKssGKsssv) 15 . 0)(1(5)(ssssGs扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第

46、六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（2）确定未校正系统的相位裕量和增益裕量2.c附近的Gs(j) 的相角减小很快 20滞后校正1.须增加的相位裕 量较大3.未提出频宽要求扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正212212,RaTRRCRR（）阻容网络1( )1cTsG sTs滞后校正网络滞后校正网络( (近似近似PIPI校正装置校正装置) )扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正在整个频率范围内

47、相位都 滞后，相位滞后校正。aTddm10转角频率1/T，1/ T的几何中点。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（3）选择 新的c补偿校正网络引起的相角滞后)205(dss521240在 =0.5s-1 附近的相位角等于 -128 （即相位裕量为52 ）。选择新的增益交界频率 15 . 0sc扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（4）选择转角频率=1/T 低于新的低于新的 c c一倍到一倍到 十倍的频程在新

48、十倍的频程在新 c c 校正网络引起的相校正网络引起的相 角滞后足够小角滞后足够小srad10T1/.10.25 0.1cT扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（5）确定滞后校正装置的系数 和另一个转角频率=1/aT 使幅频特性曲线在新 c处降到零分贝的 L（c）=-20lg 20120lg1001. 0101011T另一个转角频率扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正(6)确定校正后的系统开环传递函数1s10

49、01s10sGc)().)()()()()()(1s501s1s100s1s105sGsGsGcs扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（7）确定滞后校正装置的参数?12C10010110622CTR900) 1(21RR（k）（k）F扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（8）校验1.低通滤波器2.低频高增益 减小了稳态误差3.高频段衰减 增益交界频率移 向低频、带宽降低4015 sKv扬州大学能源与动力工程学

50、院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正LogT.m扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正滞后滞后- -超前串联校正超前串联校正超前校正频带增宽,动态品质改善,稳态性能改善小滞后校正带宽降低、响应减慢,稳态特性改善超前部分：相位超前并在c点上增大了相位裕量滞后部分：在低频段上增加增益滞后超前校正) 13757. 0237() 12()(2222sssKTssTsKsGs375vK 48125sc单位负反馈其开环传递函数试设计一校正装置，使

51、其满足下列指标：扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正(1）根据给定的稳态误差或误差系数，确定系统的开环增益375) 13757. 0237(lim)(lim2200ssssKssGKsssv375K) 13757. 0237(375)(22ssssGs扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（2）确不定未校正系统的相位裕量和增益裕量系统稳定稳态误差不满意瞬态响应不满意25c35滞后超前校正扬州大学能源与动力工程学

52、院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（3）超前校正环节cm2512)3548(m5 . 225sin125sin1sin1sin12mm063. 0255 . 222mT025. 022T1025. 01063. 05 . 21111)(22222sssTsTsGc5 . 22K附加一放大倍数为的放大器 扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制

53、系统的综合和校正控制系统的综合和校正（4）滞后校正环节超前校正 附加放大器在处滞后校正引起的滞后足够小dBKLLacscs5 .29845 .25lg20lg20)()(lg20217 .291cT2 . 0112 . 02551T85. 511T185. 512 . 011)(1111sssTsTsGc扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正185. 512 . 01025. 01063. 05 . 215 . 2)(sssssGc1s8551s201s02501s06301s37570237ss375

54、sGsGsG22cs.).()()()(扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（5）确定校正装置参数？（6）校验25c48375vKs1s1631R422R5653R204R11C102CFFkkkk扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正3、滞后超前校正装置 折衷的响应特性 （稳态响应

55、和瞬态响应均适当改善）校正后系统的单位阶跃响应曲线对比校正后系统的单位速度响应曲线对比1、超前校正装置 最快的响应2、滞后校正装置 系统响应最缓慢 但其单位速度响应却得到了明显的改善超前、滞后、滞后超前、滞后、滞后- -超前校正的比较超前校正的比较扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正工作机理工作机理超前校正 相位超前效应,附加增益补偿衰减滞后校正 高频衰减特性 工作效应工作效应超前校正 增大了相位裕量和带宽 缩短瞬态晌应时间 系统对噪声更加敏感滞后校正 改善稳态精度 带宽减小滞后超前校正 快速响应 良

56、好稳态精度扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正超前校正超前校正有可能提供更高的增益交界频率有可能提供更高的增益交界频率较大的带宽、调整时间的减小。主要用于增大的稳定裕量主要用于增大的稳定裕量补偿超前校正网络本身的衰减补偿超前校正网络本身的衰减附加的增益增量；超前校正比滞后校正需要更大的增益；系统的体积和重量越大，成本越高。 !系统若需具有快速响应特性，应采用超前校正。但是,若存在噪声，则带宽不能过大，因为随着高频增益的增大，系统对噪声更加敏感。扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控

57、制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正降低了高频段的增益，未降低低频段的增益 系统的总增益增大，低频增益增加；从而提高稳态精度。带宽减小较低的响应速度；衰减任何高频噪声。！虽然应用超前、滞后和滞后超前校正装置可完成大多数系统的校正任务，但对复杂的系统，采用由这些校正装置组成的简单校正，可能仍得不到满意的结果。此时，必须采用其它形式的校正装置。滞后校正滞后校正扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正6.4反馈校正反馈校正)()()(sXsXsGrc)()()(sdGsXsd

58、Xrc)()()(sdGsGsXdXcc！降低对被包围元件参数变化的敏感性)()()(1)()(sXsHsGsGsXrc)()()(1)()(2sXsHsGsdGsdXrcc)()()()()(11)(sdGsGsXsHsGsdXccc扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正1.1.反馈校正的特点反馈校正的特点！消除不希望的G2(s)的特性)()(1)()(22jHjGjGjGceq1)()(2jHjG)(1)(jHjGceq)()()()()()()(3131sHsGsGsGsGsRsCc)()()(1

59、)()()()()(321321sGsGsGsGsGsGsRsC扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正(1)(1)等效替代串联校正等效替代串联校正位置反馈（硬反馈）位置反馈（硬反馈）asHc)(1111)()(sKaTKaKsXsXrc)(111111111sGsaTTsaTsKsKaTTsKaKaa1！串联超前校正！等效环节仍为惯性环节，但开环增益及时间常数均减小。1)(TsKsGG(s)Xr(s)Xc(s)Hc(s)扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第

60、六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正) 1()(TssKsG)(111) 1(11111sGsaTTsaTsssKaTTsKa（2 2）速度反馈（软反馈）速度反馈（软反馈）assHc)() 11(11)()(sKaTsKaKsXsXrcKaa1！串联超前校正！等效传递函数与未校正前相同，但开环增益及时间常数均减小。G(s)Xr(s)Xc(s)Hc(s)扬州大学能源与动力工程学院扬州大学能源与动力工程学院自动控制原理自动控制原理第六章第六章 控制系统的综合和校正控制系统的综合和校正（3 3）近似速度反馈（软反馈）近似速度反馈（软反馈）1)(TsKsG1)(ssrsHc11 ,KrT)(