自动控制原理课件 第6章 控制系统的校正

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1、第6章控制系统的校正6.1控制系统校正的基本概念6.2控制系统的基本控制规律6.3超前校正装置及其参数的确定6.4滞后校正装置及其参数的确定6.5滞后-超前校正装置及其参数的确定6.6期望对数频率特性设计法6.7基于根轨迹法的串联校正6.8反馈校正装置及其参数的确定自动控制系统是由控制器及被控对象组成。分析：已知结构、参数→数学模型→动、静态性能分析→性能指标与参数的关系设计：实际→性能指标→选择控制方案、结构→参数、元器件→建立实用系统设计问题更复杂：（1）答案不唯一（2）选择结构、参数时，在满足性能指标上→相

2、互矛盾→需折中，复杂化（3）技术要求、经济性、可靠性、安装工艺、使用环境、能源供应、物理实现等问题。校正问题：系统的基本组成部分（被控对象、测量元件、功率放大元件、执行元件等），按照反馈控制原理可联成基本控制系统。但往往难以满足性能要求，需要在系统原有结构上加入新的附加环节，作为同时改善系统稳态性能和动态性能的手段。系统的校正（设计）：在不改变系统基本部件的前提下，选择合适的校正装置，确定参数、满足各项性能要求。6.1控制系统校正的基本概念6.1.1控制系统的性能指标性能指标是用于衡量系统具体性能（平稳性、快速性

3、、准确性）的参数，主要分为稳态性能指标与动态性能指标两大类。1、稳态性能指标系统的稳态性能与开环系统的型别v与开环传递系数K有关，常用静态误差系数衡量，误差系数越大（等效于K越大），稳态误差ess就越小。2、动态性能指标分为三类，常用的性能指标主要有：1）时域指标：最大超调量σ%（反映平稳性）、调节时间ts（反映快速性）。2）频域指标：（1）开环频域指标：稳定性指标：相位裕量、幅值裕量Lh、中频段宽度h；快速性指标：幅值穿越频率c。（2）闭环频域指标：3）复域指标：常用闭环系统的主导极点所允许的最小阻尼比ζ（

4、反映平稳性）与最小无阻尼自然振荡频率n（反映快速性）衡量。一、校正的一般概念校正方法有时域法、根轨迹法、频域法（也称频率法）。校正的实质可以认为是在系统中引入新的环节，改变系统的传递函数（时域法），改变系统的零极点分布（根轨迹法），改变系统的开环波德图形状（频域法），使系统具有满意的性能指标。6.1.2校正的一般概念与基本方法二、校正的基本方式1.串联校正校正装置和未校正系统的前向通道的环节相串联，这种方式叫做串联校正。结构较简单，通常将串联校正装置安置在前向通道信号功率较小的部位，放大环节之前，以降低成本和功

5、耗。串联校正的主要问题是对参数变化的敏感性较强。在串联校正中，根据校正装置对系统开环频率特性相位的影响，可分为超前校正、滞后校正和滞后—超前校正。Gc(s)G(s)H(s)R(s)C(s)根据串联校正装置的性能特征,可分为超前校正(或微分校正)，改善动态性能滞后校正（积分校正），改善稳态性能滞后-超前校正（积分-微分校正），改善动态与稳态性能。2.并联校正校正装置和前向通道的部分环节按反馈方式连接构成局部反馈回路，这种方式叫并联校正，也称反馈校正。位置：反馈校正的信号是从高功率点传向低功率点，一般不需附加放大器。

6、实质：局部反馈，改善系统性能，抑制系统参数的波动，减低非线性因素对系统性能的影响。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)C(s)3.前馈校正前馈校正的信号取自闭环外的系统输入信号,由输入直接去校正系统,是一种开环补偿的方式，分为按给定量顺馈补偿与按扰动量前馈补偿两种方法。按给定量顺馈补偿主要用于随动系统，使系统完全无误差地跟踪输入信号；按扰动量前馈用于消除干扰对稳态性能的影响，几乎可抑制所有可测量的扰动。前馈校正由于其输入取自闭环外,所以不影响系统的闭环特征方程式，主要用于在不影响系统动态性能的前提下提高

7、系统的稳态精度。(a)(b)G1(s)G2(s)Gbc(s)+R(s)C(s)G1(s)G2(s)Gn(s)++R(s)C(s)N(s)6.1.3频率法校正(重点)为图解法，在伯德图上校正居多增加新环节以改变频率特性曲线形状，使之具有合适的低、中、高频段，以获得满意的动、静态性能。①分析法：选择一种校正装置，再分析是否满足要求→再选择→再分析。②期望法（串联校正）：确定期望频率特性-已有频率特性=校正装置频率特性只适用于最小相位系统，但有时难以物理实现。2.根轨迹法加入适当的校正装置即引入附加的开环零、极点，从而

8、改变原来的根轨迹，使校正后的系统根轨迹有期望的闭环主导极点。或附加开环零、极点使期望的闭环主导极点对应的开环放大倍数增大。3.计算机辅助设计、仿真6.2控制系统的基本控制规律6.2.1基本控制规律根据负反馈理论所构成的典型控制系统的结构图如下图所示，其特点是根据偏差e（t）来产生控制作用。偏差是控制器Gc(s)的输入，而控制器Gc(s)的常常采用比例、积分、微分等基本控制