河北大学自控课件6

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1、第六章控制系统的校正第六章控制系统的校正1、系统的综合与校正问题2、常用的校正装置及其特性3、基于频域响应法的系统串联校正4、基于根轨迹分析的系统串联校正2加热炉加热功率（W）u炉温（℃）y加热功率变化到炉温稳定，系统调节时间为3600×3＝10800秒Kcr温度设定值设定值r变化到炉温稳定，系统调节时间为秒本例的比例控制器不仅提高了系统的调节速度，Kc的选择还影响开环增益，所以可影响系统的精度。36-1系统的综合与校正问题系统校正：通过增加适当的装置改善系统特性的方法。校正装置：为实现上述目的而加入的装置称为校

2、正装置（也称为控制器或补偿器）。对已知系统（数学模型）和已知的外部输入，确定系统的运动行为和结构特性。第三章第四章第五章系统分析系统综合和系统分析在属性上是一对相反的命题系统综合：对于给定的控制对象和期望的运动行为，从理论上设计一个满足工程要求的控制系统。（理论设计）系统综合与校正的目的，是设计一适当的校正装置，并将校正装置的各元件与被控对象适当组合，使之满足工程上对控制精度、阻尼程度和响应速度等性能指标的要求。4一、性能指标时域性能指标频域性能指标控制系统性能指标稳态指标——稳态误差动态指标：，，，，等。开环指

3、标：截止角频率、相角稳定裕量、增益稳定裕量闭环指标：闭环谐振峰、谐振角频率闭环截止角频率无论是时间域指标还是频率域指标，都在一定程度上反映了系统的稳定性、快速性和准确性，只是反映的角度有所不同，所以各种指标之间必定存在着一定的联系。5二阶系统的各性能指标和其参数之间的关系：1、谐振角频率和谐振峰值2、闭环截止角频率和开环截止角频率3、相角稳定裕度6高阶系统频域指标与时域指标的关系1、谐振峰值：2、超调量：3、调节时间：7二、基本校正方式具体选用哪一种校正方式，取决于系统中的信号的性质、技术实现的方便性、可供选用的

4、元件、抗扰性要求、经济性要求、环境使用条件及设计者的经验等诸多因素。校正方式——校正装置在系统中的连接方式基本的校正方式串联校正局部反馈校正前馈校正复合校正√√81、串联校正作用：对系统中的误差信号进行比例、积分、微分等运算，形成适当的控制信号，以获得满意的控制性能。特点：设计简单，但通常需要附加放大器，以提高增益和提供隔离。92、局部反馈校正局部闭环/内环回路主回路/外环回路。特点：局部反馈校正一般无需附加放大器，同时还可消除系统原有部分参数波动或非线性因素对系统性能的影响。但是局部反馈校正过多依赖设计人员的设

5、计经验103、前馈校正（又称顺馈校正）特点：前馈校正实现的是开环控制，它不需要等到输出量发生变化并形成偏差以后才产生纠正偏差的控制作用，而是在控制作用施加于系统的同时，前馈校正作用就产生了。因此它不受系统延迟的影响，在要求输出量能够快速跟随输入量的随动系统中，可采用此控制方式。但是通过前馈校正装置的信号没有形成闭环，所以如果校正装置本身有误差，或者有外部扰动作用于此装置上，致使此校正装置的输出产生误差，这个误差将与控制作用一道加到被控对象上，从而造成输出量的误差。C(s)-前馈校正R(s)N(s)C(s)前馈校正

6、图6-4前馈校正114、复合校正特点：将前馈校正作为反馈控制系统的附加校正组合而成。既具有前馈调节及时快速的特点又兼备反馈校正精确的特点。（a）按输入补偿图6-5复合校正R(s)C(s)-（b）按扰动补偿C(s)-N(s)R(s)126-2常用的校正装置及其特性校正装置有源装置：无源装置：常由RC无源网络构成，结构简单，成本低廉，但会使信号在变换过程中产生幅值衰减，且其输入阻抗较低，输出阻抗又较高。常常需要附加放大器，以补偿其幅值衰减，并进行阻抗匹配。常由运算放大器和RC网络组成，其参数可以根据需要调整，在工业自

7、动化设备中，经常采用由电动（或气动）单元构成的PID控制器。13一、无源校正网络1、无源超前网络传递函数：其中：—校正强度—时间常数特点：产生相位超前角142、无源滞后网络传递函数：其中：—校正强度—时间常数特点：产生相位滞后153、无源滞后－超前网络传递函数：滞后校正部分超前校正部分令分母多项式有两个互不相等的实根16二、有源校正装置常用的有源校正装置除测速发电机及其与无源网络的组合，以及PID控制器外，通常把接在运算放大器的反馈回路中，形成有源网络，以实现系统所要求的控制规律。PID控制器（PID调节器）工业

8、过程控制中常用的有源校正装置输入－输出关系：传递函数：171、比例（P）控制器作用：调整系统的开环比例系数，以提高系统的静态精度，降低系统的惰性，加快其响应速度。例如：系统结构如图所示闭环传递函数：时间常数，阻尼系数为增大，可以使系统的时间常数和阻尼系数都减小，即起到提高静态精度，降低系统的惰性，加快动态响应的作用。缺点：若参数选择不当，会造成阻尼系数过小，使系统的动态响