串联校正和反馈校正课件

第七章控制系统的

性能分析和校正——用频率响应法对单输入-单输出、线性定常系统进行设计和校正第七章控制系统的

性能分析和校正——用频率响1

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些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标。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2

系统的性能指标性能指标分类：一、时域性能指标二、频域性能指标三、综合性能指标系统的性能指标性能指标分类：3一、时域性能指标根据系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。一、时域性能指标4二、频域性能指标1、开环频域指标：2、闭环频域指标二、频域性能指标5三、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）三、综合性能指标（误差准则）6例1-

试确定能使I值最小的K值该系统为一阶系统，无超调例1-试确定能使I值最小的K值该系统为一72、误差平方积分性能指标（适用于，有超调情况）重视大误差，忽略小误差性能最优系统就是使I取极小的系统2、误差平方积分性能指标（适用于，8系统的性能指标要根据它所要完成的具体任务而提出；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。系统的性能指标要根据它所要完成的具体任务而提出；应有所侧重；9

系统的校正概述

所谓校正（或称补偿）就是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等，靠这些装置的配置来有效地改善整个系统的控制性能。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微积分电路，以及速度、加速度传感器等。系统的校正概述所谓校正（或10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校正装置在系统中的联结方式：11顺馈校正-补偿器放在系统回路之外不影响特征方程，只补偿由于输入造成的稳态误差。顺馈校正-补偿器放在不影响特征方程，只补偿由12干扰补偿-当干扰直接可测量时不影响特征方程，只补偿由于干扰造成的稳态误差。干扰补偿-当干扰直接可测量时不影响特征方程13串联校正-

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。串联校正-在系统主反馈回路内采用的校正方法，校14反馈校正-

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。-反馈校正-在系统主反馈回路内采用的校正方法15

串联校正超前校正滞后校正滞后-超前校正PID调节器串联校正超前校正16超前校正1、超前网络超前校正172、超前校正的作用-

由于正相移的作用，使截止频率附近的相位明显上升，具有较大的相位裕量，既改善了原系统的稳定性，又提高了系统的截止频率，获得足够的快速性。

超前校正不改变低频特性，所以不能提高稳态精度，若想进一步提高开环增益，以提高稳态精度，则会降低系统抗高频干扰的能力。2、超前校正的作用-由于正相移的作用，使截止频率18滞后校正1、滞后网络滞后校正192、滞后校正的作用--滞后校正并不是利用相角滞后作用来使原系统稳定，而是利用幅值衰减作用使系统稳定的，校正后，截止频率前移，以牺牲快速性换取稳定性。滞后校正不改变低频段的特性，故对稳态精度无破坏作用。相反，还允许适当提高开环增益，进一步改善稳态精度。对于高精度、而快速性要求不高的系统采用滞后校正。如恒温控制等。2、滞后校正的作用--滞后校正并不是利用相角滞20滞后-超前校正1、滞后-超前网络滞后网络超前网络滞后-超前校正滞后网络超前网络21

实际上，无源校正网络常因负载效应的影响而削弱了校正的作用，或使网络参数难以选择，故目前在实际控制系统中，多采用以运算放大器组成的有源校正部件，参看教材226页，表7-1。实际上，无源校正网络常因负载效应的影响而削弱了22PID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。ProportionIntegralDifferentiationPID调节器在当今的工业控制器中，有半数以上采用了231、PD调节器相当于超前校正1、PD调节器相当于超前校正242、PI调节器相当于滞后校正2、PI调节器相当于滞后校正253、PID调节器相当于滞后-超前校正3、PID调节器相当于滞后-超前校正26

关于串联校正元件参数的确定，要从具体系统原有部分的特性和给出的性能指标两方面进行综合分析，这将在以后讨论。

关于串联校正元件参数的确定，要从具体系统原27

反馈校正

反馈校正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。教材232页，图7-20。反馈校正反馈校正在控制系28

在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电枢电流等，都可作为反馈信号源，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感器，如测速发电机、加速度传感器、电流互感器等。在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电29

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、它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，反馈校正甚至能完全取代被包围环节，从而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。从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有其30一、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由原来的积分环节变成惯性环节-一、利用反馈校正改变局部结构和参数由原来的积分环节变成惯性环312、比例反馈包围惯性环节

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。-2、比例反馈包围惯性环节结果仍为惯性环节32

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。-3、微分反馈包围惯性环节结果仍为惯性环节334、微分反馈包围振荡环节

结果仍为振荡环节，但阻尼比却显著增大。从而可改善小阻尼环节的不利影响。-4、微分反馈包围振荡环节结果仍为振荡环节，但34二、利用反馈校正取代局部结构-

常被用来改造不希望有的某些环节，或用来消除非线性、变参量的影响。二、利用反馈校正取代局部结构-常被用来改造35作业：7-10作业：7-1036第七章控制系统的

性能分析和校正——用频率响应法对单输入-单输出、线性定常系统进行设计和校正第七章控制系统的

性能分析和校正——用频率响37

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些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标。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38

系统的性能指标性能指标分类：一、时域性能指标二、频域性能指标三、综合性能指标系统的性能指标性能指标分类：39一、时域性能指标根据系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。一、时域性能指标40二、频域性能指标1、开环频域指标：2、闭环频域指标二、频域性能指标41三、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）三、综合性能指标（误差准则）42例1-

试确定能使I值最小的K值该系统为一阶系统，无超调例1-试确定能使I值最小的K值该系统为一432、误差平方积分性能指标（适用于，有超调情况）重视大误差，忽略小误差性能最优系统就是使I取极小的系统2、误差平方积分性能指标（适用于，44系统的性能指标要根据它所要完成的具体任务而提出；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。系统的性能指标要根据它所要完成的具体任务而提出；应有所侧重；45

系统的校正概述

所谓校正（或称补偿）就是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等，靠这些装置的配置来有效地改善整个系统的控制性能。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微积分电路，以及速度、加速度传感器等。系统的校正概述所谓校正（或46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校正装置在系统中的联结方式：47顺馈校正-补偿器放在系统回路之外不影响特征方程，只补偿由于输入造成的稳态误差。顺馈校正-补偿器放在不影响特征方程，只补偿由48干扰补偿-当干扰直接可测量时不影响特征方程，只补偿由于干扰造成的稳态误差。干扰补偿-当干扰直接可测量时不影响特征方程49串联校正-

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。串联校正-在系统主反馈回路内采用的校正方法，校50反馈校正-

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。-反馈校正-在系统主反馈回路内采用的校正方法51

串联校正超前校正滞后校正滞后-超前校正PID调节器串联校正超前校正52超前校正1、超前网络超前校正532、超前校正的作用-

由于正相移的作用，使截止频率附近的相位明显上升，具有较大的相位裕量，既改善了原系统的稳定性，又提高了系统的截止频率，获得足够的快速性。

超前校正不改变低频特性，所以不能提高稳态精度，若想进一步提高开环增益，以提高稳态精度，则会降低系统抗高频干扰的能力。2、超前校正的作用-由于正相移的作用，使截止频率54滞后校正1、滞后网络滞后校正552、滞后校正的作用--滞后校正并不是利用相角滞后作用来使原系统稳定，而是利用幅值衰减作用使系统稳定的，校正后，截止频率前移，以牺牲快速性换取稳定性。滞后校正不改变低频段的特性，故对稳态精度无破坏作用。相反，还允许适当提高开环增益，进一步改善稳态精度。对于高精度、而快速性要求不高的系统采用滞后校正。如恒温控制等。2、滞后校正的作用--滞后校正并不是利用相角滞56滞后-超前校正1、滞后-超前网络滞后网络超前网络滞后-超前校正滞后网络超前网络57

实际上，无源校正网络常因负载效应的影响而削弱了校正的作用，或使网络参数难以选择，故目前在实际控制系统中，多采用以运算放大器组成的有源校正部件，参看教材226页，表7-1。实际上，无源校正网络常因负载效应的影响而削弱了58PID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。ProportionIntegralDifferentiationPID调节器在当今的工业控制器中，有半数以上采用了591、PD调节器相当于超前校正1、PD调节器相当于超前校正602、PI调节器相当于滞后校正2、PI调节器相当于滞后校正613、PID调节器相当于滞后-超前校正3、PID调节器相当于滞后-超前校正62

关于串联校正元件参数的确定，要从具体系统原有部分的特性和给出的性能指标两方面进行综合分析，这将在以后讨论。

关于串联校正元件参数的确定，要从具体系统原63

反馈校正

反馈校正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。教材232页，图7-20。反馈校正反馈校正在控制系64

在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电枢电流等，都可作为反馈信号源，而具体的反馈元件实际上