控制系统的校正和综合

道虽迩，不行不至；事虽小，不为不成。

——《荀子·修身》

约公元前313-前238战国时期赵国人控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第1页!第七章控制系统的综合与校正系统的性能指标系统的校正概述

串联校正反馈校正用频域法对控制系统进行综合与校正控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第2页!

性能分析：一个系统，元部件参数已定，分析它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标；综合与校正：若系统不能全面地满足所要求的性能指标，就要考虑对原系统增加必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的各种性能指标。控制系统的设计思路控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第3页!分类：一、时域性能指标二、频域性能指标三、综合性能指标§7-1系统的性能指标控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第4页!二、频域性能指标1、开环频域指标2、闭环频域指标控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第5页!例7-1-试确定能使I

值最小的K值。解：该系统为一阶系统，无超调。可见，K越大，I越小。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第6页!说明：系统的性能指标要根据它所要完成的具体任务提出，应有所侧重；性能指标的提出要有根据，不能脱离实际；

几个性能指标会互相矛盾，要折衷考虑并加以校正。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第7页!校正装置在系统中的联结方式

顺馈校正

干扰补偿串联校正反馈校正控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第8页!

在系统主反馈回路内采用的校正方法，在系统中增加某些局部反馈环节。╳-╳╳-反馈（并联）校正控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第9页!超前校正1、RC超前网络

高通滤波器控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第10页!滞后校正1、RC滞后网络低通滤波器控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第11页!

滞后-超前校正1、滞后-超前网络滞后网络超前网络

带阻滤波器控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第12页!1、P调节器-╳-控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第13页!例1试判断如下系统采用积分控制后的稳定性。解：闭环特征方程为应用劳斯稳定性判据表明这类系统仅采用单一的积分控制规律，可将原系统提高到II型，似乎可以收到进一步改善控制系统稳态性能之效，但系统是不稳定的。×控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第14页!4、PID调节器--╳╳控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第15页!试分析PI控制器对改善给定系统稳定性能的作用。解：控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第16页!

PD调节器相当于超前校正控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第17页!控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第18页!

从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有其突出的特点：一、能有效地改变被包围环节的动态结构和参数；二、在一定条件下，反馈校正能完全取代被包围环节，可以大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统带来的不利影响。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第19页!2、比例反馈包围惯性环节(改变系统时间常数）

结果仍为惯性环节，但时间常数减小了。反馈系数越大，时间常数越小，系统的动态响应越快。×-控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第20页!4、微分反馈包围振荡环节(增大阻尼比）

结果仍为振荡环节，但阻尼比却显著增大。改善小阻尼环节的不利影响。×-控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第21页!三、速度反馈和加速度反馈控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第22页!希望的系统开环频率特性为：低频段：有足够高度（保证稳态精度），不要有“爬行”。(稳态特性)中频段：－20dB/dec穿越0dB线，wc适度；(动态特性和稳定性)高频段：有足够衰减特性，抗干扰性好。(抗干扰能力)希望对数频率特性与系统性能指标的关系见p239说明。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第23页!1a控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第24页!再加超前校正o[][][][]控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第25页![][][]控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第26页!解：它属于串联校正中的相位滞后校正，其传递函数可根据两曲线直接得出：校正后使系统的幅值穿越频率wc降低了，减小了系统的带宽，使系统的响应快速性下降。新的穿越频率附近具有了[-20]斜率段，保证了系统的稳定性。同时利用高频段的锐减特性，使抗干扰能力增强，系统的稳定性得到改善。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第27页!一、时域性能指标

根据系统在典型输入信号下输出响应的某些特点统一规定的。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第28页!三、综合性能指标（误差准则）1、误差积分性能指标(适用于，无超调情况）控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第29页!2、误差平方积分性能指标（适于，有超调）

重视大误差，忽略小误差性能最优系统就是使I取极小值的系统控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第30页!§7-2

系统的校正概述基本概念

校正（或称补偿）：指给系统附加一些具有某种典型环节特性的电网络、运算部件或测量装置，靠这些装置的合理配置来有效地改善整个系统的性能。

这一附加的部分称为校正元件或校正装置，通常是一些无源或有源电路，速度、加速度传感器等。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第31页!在系统主反馈回路内采用的校正方法，校正装置串联在系统的前向通道中。╳-╳Gc(s)串联校正控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第32页!§7-3串联校正超前校正滞后校正滞后-超前校正

PID调节器控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第33页!2、超前校正的作用╳-作用：提高系统的相位裕量（相对稳定性）提高截止频率ωc(快速性）开环增益保持不变（稳态误差）控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第34页!2、滞后校正的作用-╳-作用：提高系统的稳定性减小截止频率ωc(快速性下降）不影响稳态精度控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第35页!PID调节器

在当今的工业控制器中，有半数以上采用了PID或变形PID控制方案。模拟PID控制器大多数是液压的、气动的、电气的和电子型的，或是由它们构成的组合型。由于微处理器的大量应用，许多变成了数字型的。大多数PID控制器是现场调节的，某些PID控制器还具有在线自动调节能力。

ProportionIntegralDifferentiation控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第36页!2、I调节器-╳-

使系统的型次增加一阶，能减小稳态误差（或无差调节），但可能引起系统不稳定。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第37页!3、D调节器-╳-

可以对偏差的变化趋势进行调节，及时避免出现大的偏差。相位裕量增加，幅值穿越频率增加，系统的快速性提高。但高频增益上升，抗干扰能力减弱。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第38页!

PI调节器相当于滞后校正利用I调节消除残差，利用P调节使系统稳定。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第39页!控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第40页!控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第41页!§7-4

反馈校正

反馈校正可以理解为现代控制理论中的状态反馈，在控制系统中得到广泛应用，常见的有被控量的速度、加速度反馈、执行机构的输出及其速度的反馈；以及复杂系统的中间变量反馈等。

控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第42页!一、利用反馈校正改变局部结构和参数

1、比例反馈包围积分环节(改变系统的型次）

由原来的积分环节变成惯性环节，降低了原系统的型次。系统的稳态精度降低了，但提高了系统稳定性。×-控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第43页!3、微分反馈包围惯性环节

结果仍为惯性环节，但时间常数增大了。反馈系数越大，时间常数越大，系统的响应速度越慢。×-控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第44页!二、利用反馈校正取代局部结构×-常用来改造不希望有的某些环节，或消除非线性、变参量的影响。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第45页!§7-5用频率法对控制系统进行综合与校正用希望对数频率特性进行校正装置的设计

只要求得希望对数幅频特性与原系统固有开环对数幅频特性之差即为校正装置的对数幅频特性曲线，从而可以确定校正环节Gj(s)，进而确定系统的校正参数和电路。控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第46页!1）求校正前后相位裕度，校正前后系统稳定否？2）校正装置的传递函数是什么？试设计相应的无源校正网络。[例2]某单位反馈系统校正前后的开环传递函数分别为解：首先画出校正前后开环系统的伯德图控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第47页!滞后校正R1900kΩ100kΩR2C5μF控制系统的校正和综合共51页，您现在浏览的是第48页!相位裕量不满