自动控制原理 第六章 控制系统的校正

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1、第六章控制系统的校正第一节控制系统校正的概念改善性能的途径：调整参数、增加校整环节.一、受控对象控制装置和受控对象二者同时设计最为合理。但在大多数情况下，先给定受控对象，后进行系统设计。对受控对象充分了解：控制、测量、调整、干扰、数学模型、性能要求等等。控制装置受控对象第一节控制系统校正的概念二、性能指标由使用单位提出，有所侧重，不能脱离实际。三、系统的校正与理论设计校正——给系统附加一些具有某种典型环节特性的电网络、模拟运算部件及测量装置等，靠这些环节的配置来有效的改善整个系统的控制性能。校正元件按在系统中的连接

2、方式，可分为：串联校正、反馈校正、前置校正和抗干扰补偿。串联校正反馈校正受控对象控制装置前置校正干扰补偿R(S)C(S)N(S)第二节串联校正一、超前校正RC超前网络G(S)=E2(S)/E1(S)          =α(TS+1)/(αTS+1)其中：T=R1C,α=R2/(R1+R2)＜1正相移：网络在正弦信号作用下的稳态输出电压在相位上超前于输入。串联超前校正的作用：利用超前网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度，以改善系统的瞬态性能。串联超前校正原系统校正后系统W处斜率-40db/dec-20db/de

3、c相角裕度负正稳定性不稳定稳定频带窄宽快速行差好校正带来的增益损失（20lgα＜0）可以通过提高开环增益来补偿。    效果：改善了平稳性和稳定性，对快速性也产生有利的影响，对稳态精度影响不大。二、滞后校正RC滞后网络G(S)=Eo(S)/Ei(S)=(TS+1)/(βTS+1)其中：T=R2Cβ=(R1+R2)/R2＞1负相移：网络在正弦信号作用下的稳态输出电压在相位上滞后于输入。串联滞后校正原系统校正后系统W处斜率-40db/dec-20db/dec相角裕度0正稳定性不稳定稳定频带宽窄快速行好差串联滞后校正的

4、作用：利用滞后网络的相角超前特性使wc变小,以牺牲快速性换取稳定性,没有破坏最低频段的特性，允许K增大，有利于改善稳态精度。RC滞后-超前网络G(S)=Eo(S)/Ei(S)=(T1S+1)(T2S+1)/[T1T2S2+(T1+T2+T12)S+1]其中：T1=R1C1,T2=R2C2,T12=R1C2若选择参量，使上式具有两个不等负实数极点G(S)=(T1S+1)(T2S+1)/[(τ1S+1)(τ2S+1)]并使：τ1＞T1＞T2＞τ2且：τ1/T1=T2/τ2=β＞1则有：G(S)=(T1S+1)(T2S+

5、1)/[(βT1S+1)(T2/βS+1)]三、滞后-超前校正三、滞后-超前校正综合超前校正、滞后校正的优点，全面提高系统的控制性能。第三节反馈校正反馈校正可以等效地改变被包围环节的动态结构和参数，在一定条件下甚至能完全取代被包围环节。一、利用反馈校正改变局部结构和参数1．比例反馈包围积分环节G(S)=(K/S)/(1+KKH/S)=(1/KH)/(S/KKH+1)由原来的积分性质转变为惯性环节。降低了稳态精度：I型变成0型.提高了稳定性：原：GB(S)=K/S临界稳定现：GB(S)=K/(TS+1)稳定一、利用反

6、馈校正改变局部结构和参数2．比例反馈包围惯性环节G(S)=K/(TS+1)/[1+KKH/(TS+1)]=[K/(1+KKH)]/{[TS/(1+KKH)]+1}结果仍为惯性环节。时间常数减小，快速性变好。一、利用反馈校正改变局部结构和参数3．微分反馈包围惯性环节G(S)=K/(TS+1)/[1+KKtS/(TS+1)]=K/[(T+KKt)S+1]结果仍为惯性环节。时间常数变大。一、利用反馈校正改变局部结构和参数4．微分反馈包围振荡环节G(S)=K/[T2S2+(2ζT+KKt)S+1]结果仍为振荡环节。阻尼比ζ

7、增大，超调量减小，调节时间减小。二、利用反馈校正取代局部结构G(S)=G1(S)/[1+G1(S)H(S)]G(jw)=G1(jw)/[1+G1(jw)H(jw)]在某一频率范围内，选择参数，使︱G1(jw)H(jw)︱＞＞1则：G(jw)≈1/H(jw)G(S)≈1/H(S)G(S)与被包围环节G1(S)全然无关。以1/H(S)取代G1(S)。G1(S)H(S)第四节前置校正主要解决稳定性与稳态精度，抗干扰与跟踪这两对矛盾。一、稳定与精度提高稳态精度——增加积分环节数目，加大开环增益——稳定性下降。提高稳定性——

8、减小积分环节数目，减小开环增益——稳态精度下降。在回路内解决稳定与精度这对矛盾很困难。采用前置校正可以用较少的积分环节，较小的开环增益，得到较高的稳态精度。前置校正定理设控制系统的闭环传递函数为：b0Sm+b1Sm-1+…+bjSl+bj+1Sl-1+…+bmGB(S)=---------------------------------------Sn+a1