第16讲 控制系统的校正设计

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1、第16讲程向红串联校正反馈校正控制系统的校正自动控制1基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制器的设计，这项工作称为对控制系统的校正。第六章控制系统的校正前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基本方法，就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。本章讨论另一命题，即如何根据系统预先给定的性能指标，去设计一个能满足性能要求的控制系统。DesignandCompensationTechniques2一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求

2、的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。6.2常用校正装置及其特性无源校正网络超前校正有源校正网络1.无源超前校正滞后校正滞后超前校正先讨论超前校正网络的特性，而后介绍基于频率响应法的超前校正装置的设计过程。3频率特性20dB/dec1.无源超前网络4(b)最大超前角及最大超前角处幅值与分度系数的关系曲线dBoa5图6-12无源滞后网络特性-20dB/dec2.无源滞后网

3、络6图6-13b与和20lgb的关系b0.010.1120lgbdB7图6-15无源滞后-超前网络频率特性(6-33)3.无源滞后-超前网络滞后超前8实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正，但在放大器级间接入无源校正网络后，由于负载效应问题，有时难以实现希望的规律。此外，复杂网络的设计和调整也不方便。因此，需要采用有源校正装置。6.2.2有源校正网络9始开1011频率法对系统进行校正的基本思路是：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，即要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点：6.3串联校正6.3.1串

4、联超前校正（基于频率响应法）用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目点。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。低频段的赠以满足稳态精度的要求；12用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤可归纳为：根据稳态误差的要求，确定开环增益K。根据所确定的开环增益K，画

5、出未校正系统的波特图，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，成立的条件是由上式可求出a验证已校系统的相角裕度计算未校正系统的相角裕度根据截止频率的要求，计算超前网络参数a和T；(6-36)(6-35)求出Ｔ13确定开环增益K稳态误差的要求画出未校正系统的波特图,并求未校正系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec-60dB/dec求未校正系统幅值为-10lga处的频率满足要求？结束YN14用频率法对系统进行串联超前校正的一般

6、步骤可归纳为：根据稳态误差的要求，确定开环增益K。确定开环增益K后，画出未校正系统的波特图，计算未校正系统的相角裕度由给定的相位裕量值计算超前校正装置提供的相位超前量是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统截止频率增大而增加的相角滞后量。值通常是这样估计的：如果未校正系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec，一般取如果为-60dB/dec则取根据所确定的最大相位超前角算出a的值。按15计算校正装置在处的幅值10lga由未校正系统的对数幅频特性曲线，求得其幅值为-10lga处的频率，该频率

7、就是校正后系统的开环截止频率即确定校正网络的转折频率验算相位裕度是否满足要求？如果不满足，则需增大值，从第步开始重新进行计算。画出校正后系统的波特图并验算16例６-1.设一单位反馈系统的开环传递函数为试设计以超前校正装置，使校正后系统的静态速度误差系数,相位裕度，增益裕量不小于10dB。解：根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K。时，未校正系统的开环频率特性为绘制未校正系统的伯特图，如图6-16中的蓝线所示。由该图可知未校正系统的相位裕量为当*也可计算17截止频率0dB18根据相位裕量的要求

8、确定超前校正网络的相位超前角由式超前校正装置在处的幅值为据此，在未校正系统的开环对数幅值为对应的频率这一频率，就是校正后系统的截止频率*也可计算参见下页的图19校正后系统的截止频率20计算超前校正网络的转折频率为了补偿因超前校正网络的引入而造成系统开环增益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为a=4.22122校正后系统的框图如图6-17所示，其开环传