自动控制理论课件：第六章 线性系统的校正方法1

1、第六章 线性系统的校正方法 所谓校正，就是在系统不可变部分（被控对象、被控信号的速度加速度确定的执行元件、测量要求确定的测量元件、增益可调的放大器组成的部分）中加入参数可以调整的装置（环节），使系统特性发生变化，以满足给定的性能指标。 线性定常控制系统的四种校正方法：串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。第六章 线性系统的校正方法一. 系统校正二. 串联校正三. 反馈校正四. 复合校正 在控制系统的结构和参数确定的条件下，按照对系统提出的性能指标，设计计算附加的装置和元件，使系统达到要求的性能指标。一、系统校正1.性能指标2.系统的闭环特征值3.校正方式4.基本控制规律一、系统校正1) 指标

2、的类型：频域指标与时域指标 两者之间的关系在书上已经列出来2) 在设计时，根据开环频率特性采用开环频率特性法进行设计最为方便。3)闭环和时域指标，换算成开环频域指标后进行设计，然后再验算。 于是重点讲解：开环频域校正1.性能指标二阶系统频域指标与时域指标的关系：相对谐振峰值谐振频率带宽频率相角裕度超调量截止频率调节时间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式中 闭环幅频特性曲线的特征值，及其与系统品质指标的关系2. 系统的闭环特征值(1).闭环幅频特性始值 表征系统的无差度当 时，系统有差，误差系数当 时，系统无差度1，误差系数(2). 相对谐振峰值 ： 表征系统的振荡指标，即

3、振荡的激烈程度。 越大，超调量也越大。 工程量： 系统稳定程度适中，超调量2030 (3). 系统的谐振频率 和带宽频率 ：它们表征系统的快速性， 和 值越大，过渡过程时间越短。 带宽频率 是一个重要的技术指标。代表系统的精度与噪声抑制能力。也可以 表示 合理带宽是设计中的一个重要问题。 = (510)通常，一个设计良好的实际系统相角裕度在45左右。过低，系统性能差，对参数变化适应力弱；过高，对系统及其组件要求高，实现困难，动态过程缓慢。一般要求开环对数幅频特性中频区斜率为20dB/dec，并占据一定宽度。过中频区后，要求系统幅频特性迅速衰减，以削弱噪声的影响。1) 串联校正2) 反馈校正3)

4、 前馈校正4) 复合校正3. 校正方式串联校正: 连接在系统误差测量点之后和控制器之前、串接在系统的前向通道中1) 串联校正反馈校正: 连接在系统的局部反馈通道之中2) 反馈校正 前馈校正(顺馈校正)，在系统主反馈回路之外采用的校正方式，在系统给定值之后，主反馈作用点之前的前向通道上。3) 前馈校正 前馈校正的另一种：接在系统可测扰动点与误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，经变换后接入，形成一条对扰动进行补偿的附加通道3) 前馈校正 复合校正是在反馈控制回路中加入前馈校正通路。 复合校正分为两类：一是按扰动补偿的复合控制形式4) 复合校正 二是按输入补偿的复合控制形式。4) 复合校正

5、串联校正简单，易实现。串联校正装置常设于系统前向通道的能量较低的部位，以减少功率损耗。反馈校正信号从高功率点向低功率点，通常不需有源元件。采用反馈校正还可改造被反馈包围环节的特性，抑制这些环节参数波动或非线性因素对系统性能的不良影响。复合控制对于既要求稳态误差小，又要求暂态响应平稳快速的系统适用。校正方案不是唯一的，需综合考虑校正装置的控制规律：1)比例（P）控制规律2)比例-微分（PD）控制规律3)积分（I）控制规律4)比例-积分（PI）控制规律5)比例-积分-微分（PID）控制规律4. 基本控制规律 具有比例控制规律的控制器，称P控制器，其实质是可调增益放大器。改变增益而不影响相位。在串联

6、校正中影响系统开环增益，从而影响系统稳态误差。很少单独。1) 比例（P）控制规律 具有比例微分控制规律的控制器，称PD控制器。其输出信号m(t)与输入信号e(t)的关系为为比例系数，为时间常数2) 比例微分（PD）控制规律 PD控制器中微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，从而改善动态性能 用于串连校正时，可采用使系统增加一个开环零点的方式提高系统的相角裕度，改善系统的稳定性。式中 为可调比例系数。 具有积分控制规律的控制器，称为控制器。其输出信号m(t)与其输入信号e(t)的关系为3) 积分（）控制规律 串联校正中，采用控制器可以提高系统的无差度，提高系统的稳态性能。

7、但使系统增加一个位于原点的开环极点，使信号产生90的相角滞后，对系统稳定性不利，故很少单独使用控制器。3) 积分（）控制规律 具有比例积分控制规律的控制器，称为PI控制器。输出信号m(t)和输入信号e(t)的关系为4) 比例积分（PI）控制规律 PI控制器相当与在系统中增加了一个位于原点的开环极点（提高系统型别，消除系统稳态误差，改善系统稳态性能），同时也增加一个位于S左半平面的开环零点（提高系统阻尼程度，缓和PI极点对系统稳定型产生的不利影响）。通常，PI控制器主要用来改善系统的稳态性能 具有比例积分微分控制规律的控制器，称为PID控制器。其运动方程为传递函数为5)比例-积分-微分（PID）控制规律 PID控制器进行串联校