控制工程(自动控制)第二十二次课 串联校正与反馈校正.ppt

1、控制工程基础,主 讲 陈 青 林,内 容 简 要,1、*串联滞后超前校正的原理和方法 2、*频率法反馈校正,6-3 串联校正,串联超前校正 应用：一般用于稳态精度基本满足要求，但动态性能较差的系统。 基本原理：利用超前网络或PD控制器的相角超前特性。 关键技术：正确地将超前网络的交接频率1/T和1/T选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选择参数和T ，就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能。,根据稳态误差要求，确定开环增益K； 根据已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频率特性曲线，并计算稳定裕度和截止频率； 根据截止频率 的要求，计算超前网络参数

2、和T。 在本步骤中，关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率，即 ，以保证系统的响应速度，并充分利用网络的相角超前特性。 显然， 成立的条件是 ,根据 T,用频域法设计超前网络的步骤如下：,验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度是否满足要求。若不满足条件，返回上一步，一般使 值增大。,设计指标：稳态误差与相角裕度（或截止频率） 校正原则：将超前校正网络的最大超前角频率m正好 位于校正后系统的截止频率处。,利用其相位超前特性，可以增大系统的稳定裕度，提高动态响应的平稳性和快速性； 对提高系统稳态精度作用不大，系统抗干扰能力有所下降（一般用于稳态精度已基本满足要求，但动态性能差的系统）； 若在未

3、校正系统的截止频率附近相位下降迅速，导致单个超前网络的相角超前量不足以补偿到要求的数值时（一般： ），若采用两个超前网络串联，会使系统结构复杂，同时进一步降低了抗干扰能力，此时可考虑采用串联滞后校正或其它校正装置。,串联超前校正的特点：,串联滞后校正,应用：1)对系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的场合；2）若待校正系统已具备满意的动态特性，而稳态性能不满足指标要求，也可采用串联滞后校正来提高稳态精度，同时保持其动态特性基本不变。 基本原理：利用滞后网络或PI控制器的高频衰减特性，使已校正系统截止频率下降，从而获得足够的相角裕度。因此，滞后校正网络的最大滞后角应避免出现在系统截止频

4、率附近。 关键技术：选择参数和T 以及校正装置放置的位置。,根据稳态误差要求，确定开环增益K； 根据已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频率特性曲线，并计算稳定裕度和截止频率； 根据相角裕度要求选择已校正系统的截止频率 ，要考虑滞后网络在新的截止频率 处会产生一定的相角滞后； 根据下述关系式确定滞后网络参数和T；,用频域法设计滞后网络的步骤如下：,验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度是否满足要求。,设计指标：稳态误差与相角裕度（或截止频率）,超前校正与滞后校正两种方法的比较：（p241）,超前校正是利用超前网络的相角超前特性；滞后校正是利用滞后网络的高频幅值衰减特性； 为了满足严格的稳态性能要

5、求，在采用无源校正网络时，超前校正要求一定的附加增益，而滞后校正一般不需要附加增益； 对于同一系统，采用超前校正系统的带宽大于采用滞后校正时的带宽。当输入端电平噪声较高时，一般不宜选用超前校正。,串联滞后-超前校正,应用：当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度、相角裕量和稳态精度较高时，以采用串联滞后-超前校正为宜。 基本原理：利用滞后-超前网络的超前部分来增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。 设计指标：串联超前-滞后校正的设计指标仍然是稳态精度和相角裕度。,串联综合法校正,设计原理：将性能指标转化为期望的开环对数幅频特性，再与待校正系统的开环对数幅频特性比较，从

6、而确定校正装置的形式与参数。 所以，此方法也称为按期望开环对数频率特性设计串联校正装置。 该方法适用于最小相位系统。,典型型系统,（T确定，K可调）,通常要求幅频特性曲线以 -20dB/dec的斜率穿越零分贝线，则可通过调整K来实现。,-20,-40,即：,工程上：,当KT=0.5时，=0.707，%=16.3% (=5%),最佳阻尼比,典型型系统,（结构不稳定系统）,要使系统稳定，串入PD环节。,H,采用Mr最小法，即把闭环系统的振荡性指标Mr放在开环系统截止频率c处。,例：已知串联校正前后系统的对数幅频特性如图所示，设系统为最小相位系统。画出串联校正装置的Bode图，写出其传递函数。,6-

7、4 反馈校正,反馈校正的基本原理（p252） 用反馈校正装置包围待校正系统中对动态性能改善有重大妨碍作用的某些环节，形成一个局部反馈回路（内回路，或称副回路），在局部反馈回路的开环幅值远大于1的条件下，局部反馈回路的特性主要取决于反馈校正装置，而与被包围部分无关；适当选择反馈校正装置的形式和参数，可以使已校正系统的性能满足给定的指标要求。,若在系统工作频段内，满足：,则,反馈校正的基本原理,已校正闭环系统的开环传递函数为,反馈校正的特点：,可以减弱被反馈包围部分环节对控制性能的不利影响； 可以扩展系统的频带宽度，加快响应速度； 降低系统对参数变化的敏感度； 抑制系统噪声； 与串联校正相比，成本较高。,练习