《超前校正》PPT课件

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1、第八章用频率响应法设计控制系统7/23/20211本章主要内容设计和校正的基本知识超前校正滞后校正PID校正7/23/20212第一节引言控制系统设计的频率响应法从开环频率响应可以获得的信息对开环频率响应的要求超前、滞后和PID校正的基本特性7/23/20213二、相位超前校正网络的特性前面所介绍的都是在给出系统的结构和参数的基础上分析系统的性能，这个过程称为系统分析。如果已知控制对象以及控制系统的所要达到的性能指标，要求设计一个系统达到这些指标，这个过程称为系统的设计。设计控制系统的目的，是为了完成某项特定的

2、工作。对控制系统的要求，通常以性能指标的形式给出。一般来说，它们与控制精度、相对稳定性和响应速度有关。在通常的设计问题中，性能指标可以用一些精确的形式给出。但是在另外一些情况下，可能部分性能指标以精确的形式给出，另外一部分部分性能指标以定性说明的方式给出。在设计过程中，可能需要对性能指标进行修改，因为给定的性能指标有可能永远也达不到(由于一些要求是矛盾的)，或者导致设计出的系统造价太高。7/23/20214本章主要介绍用频率响应法对单输入-单输出的线性定常控制系统进行设计和校正的方法和步骤。§8-1-1控制系统

3、设计的频率响应法在控制系统的设计中，瞬态响应特性通常是最重要的。在频率响应法中，瞬态响应特性是以间接的方式表示的。也就是说，瞬态响应特性是以一些频域量的形式表示的，这些频域量包括相位裕量、增益裕量、谐振峰值（给出系统阻尼的粗略估计）、谐振频率、带宽（给出瞬态响应速度的粗略估计）和静态误差系数（给出稳态精度）。7/23/20215用频率响应法设计出开环系统以后，就可以进一步确定闭环极点和零点了。一旦系统设计出来后，就要检查它的瞬态响应特性，是否满足时域内的要求，如果不满足要求，则需增加校正装置，并重新分析，直到获

4、得满意的结果。在频域设计中，基本上有两种方法，一种是极坐标法，另一种是伯德图法。从设计的角度看，最好采用伯德图法，这是因为：一、校正装置的伯德图可以很容易的叠加到原来的伯德图中；二、如果改变开环增益，幅值特性曲线将上升或下降而不改变曲线的形状，且相角特性曲线保持不变。7/23/20216应用伯德图进行设计的通常方法是：首先调整开环增益，以满足对稳态精度的要求；然后画出未校正开环（开环增益已经调整）系统的幅值特性曲线和相角特性曲线。如果对相位裕量和增益裕量的性能指标不能满足，则增加适当的校正环节便可以改变性能指标

5、；最后，如果还需要满足其他要求，则在彼此不产生矛盾的条件下，应力图满足这些要求。7/23/20217§8-1-2从开环频率响应可以获得的信息①频率响应的低频区(远低于转折频率的区域)，表征了闭环系统的稳态特性；②频率响应的中频区(靠近-1+j0的区域)，表征了闭环系统的相对稳定性；③频率响应的高频区(远高于转折频率的区域)，表征了闭环系统的复杂性，瞬态特性。7/23/20218为了获得较高的速度误差系数及满意的相对稳定性，必须：在低频区和转折频率附近，增益应该足够大，伯德图中对数幅频曲线的斜率应为-20分贝/十

6、倍频程，这个斜率应该延伸到足够的宽度，以保证适当的相位裕度；在高频段，应当使增益尽可能快的衰减下来，以便使噪音的影响达到最小。§8-1-3对开环频率响应的要求在大多数实际情况中，校正问题实质上是一个在稳态精度与相对稳定性之间取折衷的问题。7/23/20219超前校正能使瞬态响应得到显著改善，稳态精确度的改变则很小，它可以增强高频噪声效应。滞后校正使稳态精确度得到显著提高，但瞬态响应的时间却随之而增加。滞后校正能抑制高频噪声信号的影响。滞后-超前校正综合了超前和滞后校正两者的特性。§8-1-4超前、滞后和超前-滞

7、后校正的基本特性7/23/202110第二节相位超前校正7/23/202111一、相位超前校正装置无源超前校正装置：7/23/202112有源超前校正装置：为了避免无源校正装置的负载效应，可用隔离放大器。也可用放大器和RC元件构成有源超前校正装置。-+-+当R1C1>R2C2超前校正网络当R1C1

8、一个增益为a的放大器。于是所讨论的相位超前校正网络的传递函数为它的零点在，极点在。因，所以在复平面上，零点总是在极点的右面。由于零点较极点更接近原点，对输入信号具有明显的微分作用。故相位超前校正也称为微分校正。jRe0S平面⒈零极点分布图7/23/202114极坐标图如下：对于给定的值，正实轴与零点到半圆所作切线之间的夹角就是最大相位超前角，切点的频率为。7/23/202115⒉Bod