第五章 控制系统的校正

第五章控制系统的校正§5—4反馈校正

§5—1系统校正的基本概念§5—2常用校正装置及其特性§5—3串联校正

§5—5复合控制

主要内容

1、校正的概念及类型2、常用校正装置及其特性3、串联综合校正—超前、滞后、滞后—超前、希望特性法4、并联综合校正5、复合控制校正1、常用校正装置及其特性2、串联综合校正—超前、滞后、滞后—超前、希望特性法3、并联综合校正难点

校正方法与步骤重点本章引言

设计控制系统时首先根据实际生产的要求选择受控对象，如温控系统选温箱，调速系统选电机等等；然后确定控制器，完成测量，放大，比较，执行等任务。但实际生产会对系统各方面的性能提出要求：时域—等，频域—等。当把受控对象和控制器组合起来以后，除了K可作适当调整外，其它都有自身的静、动态特性——称为不可变部分；设计的第三步是确定控制方式——开环、闭环、复合控制等；第四步是分析系统性能——时域、复域、频域均可，若满足要求，皆大欢喜，但概率很小，一般不满足要求，这时可在允许范围内调整K，K增大ess减小，但稳定性降低，若仍不满足要求，只能设法改进。如：按ess设计的K可能使，不稳，若，但ess增大又不满足。所以K不能减小，只能引入附加装置——校正装置。

本章引言（续）§5—1系统校正的基本概念

一、定义：给系统附加一些具有某些典型环节的电网络，模拟运算部件及测量元件等，靠他们的配置有效的改进系统性能，称为系统校正。二、类型：

1、串联校正：一般接在系统测量点之后和放大器之前，串接于系统前向通道之中。2、反馈校正：一般接于系统局部反馈通道中。3、复合控制：在第三章减小ess的措施中已经讨论过，有按给定补偿和扰动补偿两种方式。校正类型（续）三、校正中使用的性能指标：1、二阶系统频域指标与时域指标的关系：性能指标（续）2、高阶系统频域指标与时域指标的关系：性能指标（续）性能指标（续）四、基本控制规律：一般采用比例、微分、积分等基本控制规律或采用这些基本控制规律的某些组合，如PD、PI、PID等，利用它们相位超前或滞后、幅值增加等作用以实现对被控对象的有效控制。5—2常用校正装置及其特性一、无源校正网络㈠超前网络（微分性质）超前网络（续）1.幅相特性：10.20.5j0α=0.2α=0.52.对数频率特性：特点:转折相位超前，故称超前校正装置

由可求得时的实际上则有超前网络（续）3、实用方式：低频段出现低频下降，串入系统会使K减小，ess增加。实用中可让放大器的放大系数增加超前网络（续）倍，则会得到补偿。即0超前网络（续）㈡滞后网络（积分性质）：Z21、幅相特性特性曲线见下页滞后网络（续）j10滞后网络（续）2、对数频率特性：转折：

特点：

相位滞后，故称为滞后校正装置。仍按照超前网络中公式计算，只将换为即可。滞后网络（续）3.实用形式：滞后网络不衰减，可直接使用。它是一个低通滤波器，而超前网络是一个高通滤波器。㈢滞后—超前网络（积分—微分性质）：滞后—超前网络（续）

若设即则滞后—超前网络（续）1、幅相特性：此时且同样滞后—超前网络（续）2、对数频率特性：转折：滞后—超前网络（续）★特点：此网络无衰减，两边对称，直接使用即可。3、实用形式：相差足够大（如几十倍以上），则可利用滞后网络和超前网络的计算公式计算后相位超前，故称滞后—超前网络。当和相位滞后，2、D调节器：3、I调节器：二、有源校正网络：1、P调节器：4、PD调节器：其中6、PID调节器：7、惯性环节：其中其中5、PI调节器：其中有源校正网络（续）§5—3串联校正将时域指标转化为频域指标后：稳定性为常采用超前、滞后、滞后—超前三种方式。暂态性能为；稳态性能为K。串联校正中、超前校正：已考虑了低频衰减，则有1、实质：利用超前校正装置的相位超前特性增大系统的相角裕量，以改善系统的暂态性能。因此应将超前校正网络的处于校正后系统的处。2、作用：1）使2）3）对提高稳态精度作用不大，抗高频干扰能力降低。4）适于ess已满足，噪音信号很小，但不够的系统。3、步骤：1）根据ess确定K；2）根据K、υ绘制原系统的，确定未校正系统的校正装置校正后系统校正前系统0-40-40-20-20+20a)若对已有要求，则可查到；取使与之和为0，即可求得。b)若对未提出要求，则由（裕量），求得。则有在上查出其幅值为，所对应的就是，且3）确定和4）5）画曲线。6）检验指标，若不满足再重选一次和7）确定电路参数（R、C等）。例1、若，要求在下，求。R(s)C(s)-解：1），画曲线，则有：2），在上量所对校正装置校正后系统校正前系统0-40-40-20-20+203）4）补偿校正损失：，则有满足要求。5）确定参数：若选（任选，但应以C不要太大为合理），二、滞后校正：，要求例2、R(s)C(s)-解：1）2）画曲线，不稳。4）分析：现要求比小不少，3）若采用超前校正，则，且之后的。经计算：不满需放大100倍，所以超前校正难以凑效。对几乎无影响，采用滞后校正。。因此需要有一使中频的率的校正网络，且远离

以使（负的）所以可个负斜1、步骤：1）根据ess确定K，绘制原系统的计算2）确定a)若题目给出，可选用之，简单。b)若题目未给出，则利用：[其中为裕量，以补偿]根据在原系统上查出对应的3）求：找出原求得4）确定（要远离），画出曲线。5）校验：6）确定参数。a、取b、，设校正网络在处有上例：（负值舍去）内均可，c、d、取e、f、满足要求。当时满足要求。，选g、确定参数：2）适用于对快速性要求不高而对抗高频干扰能力较高的系统。3）当未校正系统具有较好的动特性而ess不够时，用滞后校正加一个放大倍数为的放大器，则有形状不变，只向上移无影响，可使倍，则2.作用：且抗高频干扰能力提高。1）以牺牲快速性换取稳定裕度，但三、滞后—超前校正：R(s)C(s)-ω401-20-40L(ω)-20-402010100-600.16031校正前特性曲线如下图所示ω401-20-40L(ω)-20-402010100-600.160311.250.2542.620校正装置校正前校正后★特点与作用：用低频积分性质和高频相位超前的特性来全面改善系统性能，低频段提高稳态精度，高频段相位超前使。2.用于需要同时改善暂态和稳态性能的系统，但结构复杂，校正繁琐。四、期望特性法（只适用于最小相位系统）

（一）期望特性法：上述三种方法均为试探法——从原系统的出发，靠性差，工作量大。，若不满足需重选，可依据分析和经验，选取根据给出的性能指标先求出与此对应的系统幅——希望对数幅频特性，比较，频特性与原系统的再将它以确定，进而确定其参数。校正后则据此写出①低频：K应充分大，且具有负斜率，保证ess的要求。②中频：宜取且宽，适当，保证。③高频：应有较大的幅值衰减，抗高频干扰能力增强。（二）典型期望对数频率特性：二阶期望特性：校正后为典型二阶系统，又称为典型1型系统，根据要求确定和：-20-40ωL(ω)0此时各项性能最好。工程上称为最佳二阶系统，二阶期望特性因系统性能指标和典型特性间关系较简单，便于计算而比较实用，但它比高阶希望特性的适应性差。2.三阶期望特性：校正后为典型三阶系统，又称为典型2型系统，其中可以证明：当h一定时有：h34567891030°36°42°46°49°51°53°55°52.643.637.633.229.827.22520.3121191011121314可见：当时，性能最好，最短，此为工程值。但若要求较好。，则选在此对应的在的几何中点，并求得3、四阶期望特性：为低频属于1型系统，，要满足ess的要求，[因为只适用于最小相位系统，故省去曲线]

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