控制工程基础课件第六章说课材料
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控制工程基础ppt
第一章 概论
开环控制与闭环控制 实际的控制系统根据有无反馈作用可分为三类： ➢ 开环控制系统 ➢ 闭环控制系统
➢ 半闭环控制系统（反馈信号通过系统内部 的中间信号获得。）
第一章 概论
➢ 开环控制系统
特点：系统仅受输入量和扰动量控制；输出端 和输入端之间不存在反馈回路；输出量 在整个控制过程中对系统的控制不产生 任何影响。
第一章 概论
快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏 差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。 注意： ➢ 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性 和快速性要求各有侧重。 ➢ 系统的稳定性、精确性、快速性相互制 约，应根据实际需求合理选择。
第一章 概论
1.2 控制工程的发展 公元前1400－1100年，中国、埃及和巴比 伦相继出现自动计时漏壶，人类产生了最早期 的控制思想。
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第一章 概论
期望 温度
控制工程基础课件第六章 频率特性分析
Im
O
[G( j)]
1 Re 0
1.0 0.8 0.6 0.4
7、二阶微分环节
传递函数为 Gs
T 2s2
2Ts
1
s2
n2
2
1
n
s
1
其频率特性为
G
j
1
2
j n
j n
2
1. 幅相频率特性
幅频特性为
G j
1
2 n2
2
2
n
2
2
相频特性为
求其某些特殊点的值为
1 1 jT
G j 1 U jV
1 jT
1
1 T 22
j T 1 T 22
A e j
实频特性为U 虚频特性为V
1； 1+T 2 2
T。 1+T 2 2
幅频特性为A 1 ；
1 T 22
相频特性为 G j arctanT
特殊点：
当=0时，G j 1，G j 0； 当=1/T时，G j 1 ,G j 45；
2
当=时，G j 0，G j 90；
虚频特性与实频特性之比为 U
T
V
将其代入实频特性表达式中，可得
U
1
2
2
V 2
1
2
2
上式表明，当 ω=0→∞时，惯性环节的 极坐标图是一个圆心在点 (1/2,0)点、半径为1/2的 下半圆
控制工程基础6章
结构形式 输入形 式
1 例：设单位反馈控制系统的 G( s) = ，输 2 Ts t 入信号分别为 xi (t ) = 以及 xi (t ) = sint ， 2 试求系统的稳态误差。
为什么？ 因为：E(s) = s (s 2 2 )(s 1 ) T T 1 T s T 2 3 1 =- 2 2 2 2 2 2 2 2 1 T 1 s 2 T 1 s 2 T 1 s T 求拉式反变换 T
s 0
那么
1 ess = 1 Kp
对于0型系统，
1 K p = lim G( s) = K , ess = s 0 1 K
对于1型以上系统，
K 1 K p = lim G ( s ) = = , ess = =0 s 0 s 1 Kp
0型系统能跟踪单位阶跃输入，但有静差， 需要I型以上系统才能消除静差。
e(t ) = L [ E (s)],
-1
ess = lim e(t )
s 0
如果E(s)的极点在s左半平面内和原点仅有单阶极点， 那么成函数E(s)在S右半平面及虚轴上解析。此时， 可用终值定理：
s ess = lim e(t ) = lim s E (s) = lim X i ( s) t s 0 1 G( s)
2、静态速度误差系数Kv(用于输入为单位斜 坡输入时) 定义静态加速度误差系数Kv：
1 例：设单位反馈控制系统的 G( s) = ，输 2 Ts t 入信号分别为 xi (t ) = 以及 xi (t ) = sint ， 2 试求系统的稳态误差。
为什么？ 因为：E(s) = s (s 2 2 )(s 1 ) T T 1 T s T 2 3 1 =- 2 2 2 2 2 2 2 2 1 T 1 s 2 T 1 s 2 T 1 s T 求拉式反变换 T
s 0
那么
1 ess = 1 Kp
对于0型系统，
1 K p = lim G( s) = K , ess = s 0 1 K
对于1型以上系统，
K 1 K p = lim G ( s ) = = , ess = =0 s 0 s 1 Kp
0型系统能跟踪单位阶跃输入，但有静差， 需要I型以上系统才能消除静差。
e(t ) = L [ E (s)],
-1
ess = lim e(t )
s 0
如果E(s)的极点在s左半平面内和原点仅有单阶极点， 那么成函数E(s)在S右半平面及虚轴上解析。此时， 可用终值定理：
s ess = lim e(t ) = lim s E (s) = lim X i ( s) t s 0 1 G( s)
2、静态速度误差系数Kv(用于输入为单位斜 坡输入时) 定义静态加速度误差系数Kv：
工程控制第六章资料
可见： 该电路系统为相位超前环节。其最大超前角及相应频率为:
6.3 串联校正
m
arcsin
1 1
m
1
T
一般要求系统的响应快、超调小，可采用超前串联校正。
6.3 串联校正
2. 采用Bode图进行相位超前校正 依据——给定的稳态性能指标和频域性能指标
例6.1 如下图所示单位反馈控制系统，给定的性能指标：单位恒速输入是的稳态 误差ess=0.05，相位裕度γ≥50°，幅值裕度Kg≥10dB。
U o (s) Ui (s)
Ts 1
Ts 1
其中，
R2 1 R1 R2
T R1C
6.3 串联校正
其频率特性：
Gc ( j)
jT 1 jT 1
Gc ( j) () arctanT arctanT 0
10
dB
0 10
20
90
0
1 m 1
T
T
（ωm位于两个转折频率的对数中点，即Bode图上的几何中点）
解： (1) 根据稳态误差确定开环增益K
+ X i(s)
E(s)
－
K s (0.05 s 1)
X o(s)
由已知条件可知，该系统为Ⅰ型系统，输入为单位斜坡信号，
ess
3）在高频段的增益应尽快减小，以便使噪声影响减到最小。
《控制工程基础》电子教案
《控制工程基础》电子教案
第一章：绪论
1.1 课程介绍
解释控制工程的定义、目的和重要性概述控制工程的应用领域和学科范围1.2 控制系统的基本概念
介绍控制系统的定义和组成
解释输入、输出、反馈和控制器的概念1.3 控制工程的历史和发展
回顾控制工程的发展历程和重要里程碑讨论现代控制工程的挑战和发展趋势第二章：数学基础
2.1 线性代数
介绍矩阵、向量的基本运算和性质
讲解线性方程组的求解方法
2.2 微积分
复习微积分的基本概念和公式
讲解导数和积分的应用
2.3 离散时间信号
介绍离散时间信号的定义和特点
讲解离散时间信号的运算和处理方法第三章：连续控制系统
3.1 连续控制系统的概述
介绍连续控制系统的定义和特点
解释连续控制系统的应用领域
3.2 传递函数
讲解传递函数的定义和性质
介绍传递函数的绘制和分析方法
3.3 控制器设计
讲解PID控制器和模糊控制器的原理和方法
讨论控制器设计的考虑因素和优化方法
第四章：离散控制系统
4.1 离散控制系统的概述
介绍离散控制系统的定义和特点
解释离散控制系统的应用领域
4.2 差分方程和离散传递函数
讲解差分方程的定义和求解方法
介绍离散传递函数的定义和性质
4.3 控制器设计
讲解离散PID控制器和模糊控制器的原理和方法讨论控制器设计的考虑因素和优化方法
第五章：状态空间方法
5.1 状态空间模型的概述
介绍状态空间模型的定义和特点
解释状态空间模型的应用领域
5.2 状态空间方程
讲解状态空间方程的定义和求解方法
介绍状态空间方程的稳定性分析
5.3 状态控制器设计
讲解状态控制器的原理和方法
讨论状态控制器设计的考虑因素和优化方法第六章：频域分析
机械工程控制基础课件-第六章
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如果一个系统的元部件及参数已经给定，就要分析 它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标 ，这就是性能分析问题。
若系统不能全面地满足所要求的性能指标，则可考 虑对原已选定的系统增加必要的元件或环节，使系统 能够全面地满足所要求的性能指标，这就是系统的综 合与校正。
G1
s
s
1 1
T 1, wT1 1 wb1
G2
s
1 3s 1
T
3,
wT 2
1 3
wb2
Lw
0.1 wb2
1/ 3
wb1
w
3dB
x0 t
1
I
II
II
I
0T
xi t
t
x0 t
xi t
I II
t
wb1 wb2 所以，I的响应速度 ， 单位阶跃响应
单位斜坡响应
有较好的跟随性能。
k 1 II的惯性
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校正
xi
s
s
G s x0 s
xi s
s + 校正
+-
-
串联
控制器
对象 x0 s
校正 反馈
图6.12 串联校正与反馈校正的联结方式
控制工程基础第六章
1 arctanT2 arctanT1
由以上分析可见，最小相位系统的特点是： 它的对数相频特性和对数幅频特性间存在着 确定的对应关系。即一条对数幅频特性曲线 w) 与 L(ω)，只能有一条对数相频特性 j ( 之对应。因此，利用Bode图对系统进行分析 时，对于最小相位系统，往往只画出它的对 数幅频特性曲线就够了。并且对于最小相位 系统，只需根据其对数幅频特性就能写出其 传递函数。在本书中，ຫໍສະໝຸດ Baidu无特殊说明，所研 究的系统一般均指最小相位系统。
例 两个不同的系统，其传递函数分别为
G1 s T2 s 1 T1s 1 G2 s T2 s 1 T1s 1
式中，T1>T2>0，试判断它们是否为最小相位 系统，并分别画出它们的Bode图，比较其相 频特性与幅频特性。
解 G1 (s ): G2 (s ): 1 零点为 z = T2 1 零点为 z = T2 1 极点为 p = T1
6.5 开环频率特性对数坐标图的含义
L( ) / dB
－20 －40 －20 0
0.1 1 T1 0.1 c
(2 ~ 10)c 10 c c /( rad s 1 )
－40
低
中
高
－60
低频段
中频段
高频段
1）低频段：反映开环比例、积分环节，决定了闭环系统精度 2）中频段：决定了闭环系统的稳定性与快速性； L(ω)以-20dB/dec穿越0dB线则稳定性好，以 -40dB/dec穿越，则稳 定性变差，甚至不稳定；穿越频率越大则系统响应越快。 3）高频段：L(ω)下降斜率越大则闭环系统抗干扰能力越强。
控制工程基础第三版课件第六章 控制系统的误差分析
ε = X i ( s) − X 0 ( s) =
1 ε= X i (s) 1 + G ( s) 1 + G (s) G(s) X i (s) − X i ( s ) Xi (s) 1 + G (s) 1 + G (s)
+
E(s)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
G(s)
Xo (s)
−
图6-2 单位反馈系统
根据终值定理 这就是求取输入引起的单位反馈系统稳态误差的方法。 这就是求取输入引起的单位反馈系统稳态误差的方法。 需要注意的是， 需要注意的是，终值定理只有 对有终值的变量有意义。 对有终值的变量有意义。如果系统 X (s) X (s) ε (s) G(s) 本身不稳定， 本身不稳定，用终值定理求出的值 + 是虚假的。故在求取系统稳态误差 是虚假的。 − Y (s) H(s) 之前，通常应首先判断系统的稳定性。 之前，通常应首先判断系统的稳定性。 对于非单位反馈系统， 对于非单位反馈系统，方块图 图6-3 非单位反馈系统 如图6 所示。 如图6-3所示。
6.2.2 静态误差系数
(1)系统的类型。对于单位反馈控制系统，设其开环传递函数为： (1)系统的类型。对于单位反馈控制系统，设其开环传递函数为： 系统的类型 m
G(s) = K∏(τ j s +1)
j =1 n−υ i=1
1 ε= X i (s) 1 + G ( s) 1 + G (s) G(s) X i (s) − X i ( s ) Xi (s) 1 + G (s) 1 + G (s)
+
E(s)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
G(s)
Xo (s)
−
图6-2 单位反馈系统
根据终值定理 这就是求取输入引起的单位反馈系统稳态误差的方法。 这就是求取输入引起的单位反馈系统稳态误差的方法。 需要注意的是， 需要注意的是，终值定理只有 对有终值的变量有意义。 对有终值的变量有意义。如果系统 X (s) X (s) ε (s) G(s) 本身不稳定， 本身不稳定，用终值定理求出的值 + 是虚假的。故在求取系统稳态误差 是虚假的。 − Y (s) H(s) 之前，通常应首先判断系统的稳定性。 之前，通常应首先判断系统的稳定性。 对于非单位反馈系统， 对于非单位反馈系统，方块图 图6-3 非单位反馈系统 如图6 所示。 如图6-3所示。
6.2.2 静态误差系数
(1)系统的类型。对于单位反馈控制系统，设其开环传递函数为： (1)系统的类型。对于单位反馈控制系统，设其开环传递函数为： 系统的类型 m
G(s) = K∏(τ j s +1)
j =1 n−υ i=1
控制工程基础第六章
R2
R3
C
R4
U i (s)
R1
R2
U o (s)
U i (s)
R1
R0
无源超前校正网络
U o (s)
有源超前校正网络
ห้องสมุดไป่ตู้
第六章 控制系统的综合与
§6.2 串联校正装置的形式及其特性
相位滞后校正装置
1.传递函数
Gc ( s )
s 1 1 s 1/ 1 s zc s 1 s 1 /( ) s pc
原有部分Go(s ) 校正装置Gc(s)
C(s)
第六章 控制系统的综合与
§6.1 概
述
校正方式
根据校正装置在系统中的位置，可分为三种。
复合校正 包括按给定量顺馈补偿的复合校正(图a)和按扰 动量前馈补偿的复合校正(图b)。这种复合校正 控制既能改善系统的稳态性能，又能改善系统 的动态性能。
校正装置 Gc2(s) R s)
第六章 控制系统的综合与
§6.1 概
述
频率特性法设计校正装置主要通过伯德图进 行，分为分析法和期望频率特性法。
2.期望频率特性法
先由给定的性能指标确定出期望的对数幅频特性，再由 期望的对数幅频特性减去原系统固有的对数幅频特性，从而
得出需增加的校正装置的对数幅频特性，然后校验校正后系
控制工程基础第6章 例题讲解
H1(s)
s3 在输出端虚设一采样开关，并根据信号在前向 通路和前向通路与反馈回路中的流向，按采样 开关的位置对上式分子分母中的各项采样：
X o ( s )
*
1 H1 ( s)G( s)* G* ( s) H * ( s)
G* ( s) X i* ( s)
第六章 例题讲解 上式两端取z变换，有：
第六章 例题讲解
解法3：对未加采样开关的连续系统
Xi(s)
(s)
G(s)
H1(s)
Xo(s)
H(s)
易知， X o (s)
G( s) X i ( s) 1 H1 ( s)G( s) G( s) H ( s)
第六章 例题讲解
Xi(s)
(s)
s1
B1(s)
G(s)
Xo(s)
s2
H(s)
( z ) Tz e() lim( z 1) ( z ) T lim 2 z 1 z 1 z 1 ( z 1) Tz X i ( z) ( z 1) 2
若要求稳态误差为零，则由上式知(z)中必 须含有因子(z-1)p，其中p > 1，即：
e ( z) ( z 1) p F ( z), p 1
第六章 例题讲解
例6.2 通常称离散系统的一个采样周期为一拍。 对图示数字控制系统，若要求系统对典型输入 信号（单位阶跃、单位速度、单位加速度序列） 能在最少拍内结束响应过程，并且在采样时刻 上无稳态误差，试确定系统期望的闭环脉冲传 递函数的形式。
大学控制工程基础 课件6-1稳定性
n
解出 x of (t ) Ai e si t
i 1
根据系统稳定性定义，要求当t 时， 由初始状态引起的响应为零， 即： x o (t ) 0，这等价于 Re[ si ] 0。 lim
t
系统稳定的条件：系统全部极点都具有负实部， 即都位于[s]左半平面（含坐标原点）。 说明：1、线性系统的稳定性只取决于系统本 身的结构和参数。 2、若有部分极点位于虚轴上，而其余极点位 于左半平面，则系统响应是等幅振荡曲线，系 统称为临界稳定。通常认为临界稳定也属于不 稳定情况。
a n s n a n 1 s n 1 ..... a1 s a 0
t 0
令 X i ( s )为零，得到零输入响应 X oF ( s ), 若 si 为系统特征根， 则 X oF ( s ) F (s)
i 1 n
s s i
n
Ai ， i 1 s s i
a n s n a n 1 s n 1 ..... a1 s a 0 X o s
b m s m b m 1 s m 1 ..... b1 s b0 X i s F [ s, xik (t ), x j (t )] o
t 0
b m s m b m 1 s m 1 ..... b1 s b0 s X o s Xi na n 1 ..... a s a an s n 1 s 1 0
控制工程基础第六章
幅频特性 G j K 1 T1
2
1 T2
2
相频特性 G j arctan T1 arctan T2
根据频率特性公式，求其某些特殊点的值为
当 0 时，G j
K , G j 0 ； 0 , G j 180 。
当 时，G j
由此可见，系统的Nyquist图始于正实轴上的一个 有限点(K,0)，随着ω的增大，当ω→∞时，G(jω) 以-180°相位角趋于坐标原点。
K , 例 已知系统的开环传递函数 G (s )= s( 1 + Ts ) 试绘制系统的Nyquist图。
解 系统的开环传递函数为 K 1 1 G (s )= = K s( 1 + Ts ) s( 1 + Ts )
G j 0，有r n 1 2 2， G j r 1 2 1 2 2
1, j j 0 , 终于点 0 , j j 0
n
率就是无阻尼固有频率
0.707时， G j 在频率r 处的峰值（谐振峰值， r — 谐振频率）
二阶微分环节的极坐标图也于阻尼比有关，对应不同的 ξ值，形成一簇坐标曲线，不论ξ值如何，当ω=0时，极 坐标曲线从(1,0)点开始，在ω=∞时指向无穷远处。
Im
1 .0
工业过程控制工程课件第六章串级控制系统
系统稳定性提升
01
02
03
鲁棒性分析
分析系统在不同工况下的 稳定性，通过调整系统参 数提高系统的鲁棒性。
控制器设计
根据系统特性，合理设计 控制器，保证系统在各种 工况下的稳定性。
状态反馈控制
利用状态反馈技术，对系 统状态进行实时监测和调 整，提高系统的稳定性和 可靠性。
抗干扰能力增强
噪声抑制技术
利用5G高速、低延迟的特 性，实现串级控制系统远 程监控、实时反馈和快速 响应。
物联网技术
通过物联网技术实现设备 间的互联互通，提升串级 控制系统的整体协调性和 效率。
人工智能技术
将人工智能算法应用于串 级控制系统，实现自适应 、自学习的控制策略，提 高系统的智能化水平。
系统智能化发展
智能传感器
开发具有更高精度、可靠性和稳定性的智能传感器，提升数据采集 和处理能力。
发展历程
随着控制理论和技术的不断发展 ，串级控制系统在20世纪60年代 开始得到广泛应用和研究，并逐 渐发展成为一种成熟的工业控制 系统。
未来展望
随着智能控制技术的发展，串级 控制系统将进一步向智能化、自 动化方向发展，以适应工业生产 中越来越高的控制要求。
02
串级控制系统的组成与 工作原理
主控制器
主控制器是串级控制系统中的核心部分，主要负责根据设定值和测量值的 偏差进行计算，输出控制信号给从控制器。
第6章控制测量ppt课件
由高级到低级，从整体到局部：分成四个等级，逐级控 制，逐级加密。 一等水准网：骨干，环线长1000-1500km 二等水准网：根底，环线长500-750km 精密水准测量 三、四等水准网：为地形测图和工程建设服务。
精密水准测量：一等水准网，二等水准网
等级
仪器 类型
视距 /m
前后视 视距累 距差 积差
2. 量边
导线边长可用光电测距仪测定，测量时要同时观测竖直 角，供倾斜改正之用。
若用钢尺丈量，钢尺必须经过检定。对于一、二、三级 导线，应按钢尺量距的精密方法〔见4.1节〕进行丈量。 对于图根导线，用一般方法往返丈量或同一方向丈量两 次，取其平均值，并要求其相对误差不大于1/3000。钢 尺量距结束后，应进行尺长改正、温度改正和倾斜改正， 三项改正后的结果作为最终成果。
3. 导线的布设形式
支导线：从一个高级控制点和一条高级边的坐标方位角出 发延伸出去的导线称为支导线。由于支导线缺少对观测数 据的检核，故其边数及总长都有限制。
6.3.2 导线测量的外业工作
1. 踏勘选点及建立标志 2. 量边 3. 测角 4. 连测
1. 踏勘选点及建立标志
选点前，应调查、搜集测区已有地形图和高一级的控制 点的成果资料，把控制点展绘在地形图上，然后在地形 图上拟定导线的布设方案，最后到野外去踏勘，实地核 对、修正、落实点位。如果测区没有地形图资料，则需 详细踏勘现场，根据已知控制点的分布、测区地形条件 及测图和施工需要等具体情况，合理地选定导线点的位 置。
《控制工程基础》课件
控制系统分析
总结词
阐述控制系统分析的主要内容和目的。
详细描述
控制系统分析是对已建立的数学模型进行深入分析，以了解系统的动态特性、稳定性、性能指标等。 通过控制系统分析，可以找出系统存在的问题和优化潜力，为后续的设计提供指导。
控制系统设计
总结词
说明控制系统设计的目标和原则。
详细描述
控制系统设计的目标是实现系统的优化性能，提高系统的稳定性和可靠性。设计过程中 需遵循一定的原则，如满足性能指标、结构简单、易于实现等，以确保所设计的控制系
农业
在农业领域，控制系统用于智能灌溉、温室 环境控制等方面。
CHAPTER 06
控制工程的前沿技术与发展趋势
智能控制技术
01
总结词
智能控制技术是控制工程领域的重要发展方向，通过运用人工智能、机
器学习等技术，实现对复杂系统的智能化控制。
02 03
详细描述
智能控制技术包括模糊控制、神经网络控制、深度学习控制等，这些技 术能够处理不确定性和非线性问题，提高系统的自适应和自主决策能力 。
控制器
控制器是控制系统的核心，用 于接收输入信号，并根据控制 算法产生输出信号，以控制执
行器的动作。
控制器的种类繁多，常见的 有比例控制器、积分控制器
、微分控制器等。
控制器的设计需根据被Biblioteka Baidu对象 的特性和控制要求进行选择和
相关主题
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工程上习惯用频率特性法进行校正。
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
频率特性法设计校正装置主要通过伯德图进 行，分为分析法和期望频率特性法。
1.分析法
根据设计要求和原有系统特性，依靠分析和经验，首先 选择一种校正装置加入到系统中，然后计算校正后系统的品 质指标，如能满足要求，则可确定校正装置的结构和参数， 否则，重选校正装置进行计算，直到满足设计指标为止 。
零、极点分布，从而改变系统的频率特性，使系统频率
特性的低、中、高频段满足希望的性能或使系统的根轨迹穿越希望的闭
环主导极点，即使得系统满足希望的动、静态性能指标要求。
第六章 控制系统的综合与校正
§6-1 概 述
控制系统的性能指标
静态指标 用系统的稳态误差或开环放大倍数 K 来描述。
动态指标
t 一种是时域指标，通常用调节时间 s 和超调量 M p (或 p % )来描述； 另一种是频域指标，一般用开环系统的相角裕度 和幅值穿越频率
在这几种串联校正中，增益调整的实现比较简 单。例如，在液压随动系统，提高供油压力，即可
实现增益调整。但是，仅仅调整增益，难以同时
满足静态和动态性能指标，其校正作用有限，如
加大开环增益虽可使系统的稳态误差变小，但却使 系统的相对稳定性随之下降。因此，当增益调整不 能满足系统的性能要求时，需要采用其他的校正方 法。
校正装置
Gc1(s)
校正装置Gc2(s)
Gf(s)
C(s) 原有部分 Go(s)
R(s)
校正装置 Gc1(s)
原有部分Go(s)
C(s)
(图a)
(图b)
第六章 控制系统的综合与校正
6.2 串联校正装置的形式及特性
串联校正指校正环节Gc(s)串联在原传递函 数方框图的前向通道中，如下图所示。为了减少
(剪
c
切频率)
截止频率
K
、幅值裕度
b
和谐振频率
g
来表示，或用闭环系统的谐振峰值 r 来描述。
M
r
、
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方法
根轨迹法
一般适用于给定性能指标为p%，tp，ts 等时域指
标的情况。
频率特性法 一般适用于给定性能指标为 ,Kg,c,(Mr,b)等频
域指标的情况。
功率消耗，串联校正环节一般都放在前向通道的
前端，即低功率部分。
Xi(s) + -
Gc(s) G(s) Xo(s)
串联校正
Xi(s) + -
Gc(s) G(s) Xo(s)
串联校正
串联校正按校正环节Gc(s)的性质可分为：
(1)增益调整； (2)相位超前校正； (3)相位滞后校正； (4)相位滞后——超前校正。
校正的概念和实质
当仅改变增益不能同时满足瞬态和稳态性能时，就必须在系统中 引
入附加校正装置，用来改善系统瞬态和稳态性能。这些为改善系统性
能 而有目的地引入的装置称为校正装置。校正装置是控制器的一部 分。控制系统的校正，就是按给定的系统原有部分和性能指标设计
校正装置。
实质：
校正实质就是通过引入校正装置的零、极点，来改变整个系统的
校正装置Gc(s)
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方式
根据校正装置在Biblioteka Baidu统中的位置，可分为三种。
➢ 复合校正 包括按给定量顺馈补偿的复合校正(图a)和按扰 动量前馈补偿的复合校正(图b)。这种复合校正 控制既能改善系统的稳态性能，又能改善系统
的动态性能。
校正装置Gc2(s)
R( s)
控制工程基础课件第六章
第六章 控制系统的综合与校正
系统稳定是系统能正常工作的必要条件。但是， 只有稳定性还不能确保系统正常工作，例如，对于 数字控制仿形铣床的进给系统，超调量过大是不允 许的，因为它既影响工件表面粗糙度，又影响刀具 寿命。因此，系统既要稳定，又要能满足所要求的 性能指标，则可考虑对原已选定的系统增加些必要 的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性 能指标，这就是系统的综合与校正。
比它还要高的频率范围内使相位提前一些，这样相位裕
度增大了，再增加增益就不会损害稳定性。基于这种考
虑，为了既能提高系统的响应速度，又能保证系统的其
他特性不变坏，就需对系统进行相位超前校正。
§6.2 串联校正装置的形式及其特性
相位超前校正装置
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方式
根据校正装置在系统中的位置，可分为三种。
➢ 反馈校正 从系统中某一环节引出反馈信号，通过校正装 置 构成局部反馈回路，则称这种形式的校正为(局 部)反馈校正，又称并联校正。采用此种校正方 式时，信号是从高功率点流向低功率点，所以一 R(s般) 采用无源网络。原有部分Go(s) C(s)
§6.1 概 述
本章从控制的观点讨论系统的综合 与校正问题。主要考虑的是，当给定的 被控对象不能满足所要求的性能指标时， 如何对原已选定的系统增加必要的元件 或环节，使系统具有满意的性能指标， 即满足稳定、准确、快速性的要求，这
就是系统的综合与校正。
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
概念：
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方式
根据校正装置在系统中的位置，可分为三种。
➢ 串联校正 校正装置串联在前向通道中，这种联接方式简
单易现。为避免功率损失，串联校正装置通常 放
在前向通道中能量较低的部位，多采用有源校 正
R(s)
网络校构正装成置。 G c(s)
C (s ) 原有部分 G o(s )
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
频率特性法设计校正装置主要通过伯德图进 行，分为分析法和期望频率特性法。
2.期望频率特性法
先由给定的性能指标确定出期望的对数幅频特性，再由 期望的对数幅频特性减去原系统固有的对数幅频特性，从而 得出需增加的校正装置的对数幅频特性，然后校验校正后系 统的性能，若满足要求，则可确定校正装置的结构和参数， 否则取一裕度更大的期望对数幅频特性，重复上述过程，直 到满足设计要求为止。
一、相位超前校正
系统的开环增益K↑可以提高系统的响应速度。这是
因为，开环增益的提高会使系统的开环频率特性Gk(j) 的穿越频率c(或称剪切频率)变大，其结果是加大了系 统的带宽b ，而带宽大的系统，响应速度就高。然而，
仅仅增加增益又会使相角裕度(或幅值裕度)减小，从而 使系统的稳定性下降。所以要预先在剪切频率的附近和
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
频率特性法设计校正装置主要通过伯德图进 行，分为分析法和期望频率特性法。
1.分析法
根据设计要求和原有系统特性，依靠分析和经验，首先 选择一种校正装置加入到系统中，然后计算校正后系统的品 质指标，如能满足要求，则可确定校正装置的结构和参数， 否则，重选校正装置进行计算，直到满足设计指标为止 。
零、极点分布，从而改变系统的频率特性，使系统频率
特性的低、中、高频段满足希望的性能或使系统的根轨迹穿越希望的闭
环主导极点，即使得系统满足希望的动、静态性能指标要求。
第六章 控制系统的综合与校正
§6-1 概 述
控制系统的性能指标
静态指标 用系统的稳态误差或开环放大倍数 K 来描述。
动态指标
t 一种是时域指标，通常用调节时间 s 和超调量 M p (或 p % )来描述； 另一种是频域指标，一般用开环系统的相角裕度 和幅值穿越频率
在这几种串联校正中，增益调整的实现比较简 单。例如，在液压随动系统，提高供油压力，即可
实现增益调整。但是，仅仅调整增益，难以同时
满足静态和动态性能指标，其校正作用有限，如
加大开环增益虽可使系统的稳态误差变小，但却使 系统的相对稳定性随之下降。因此，当增益调整不 能满足系统的性能要求时，需要采用其他的校正方 法。
校正装置
Gc1(s)
校正装置Gc2(s)
Gf(s)
C(s) 原有部分 Go(s)
R(s)
校正装置 Gc1(s)
原有部分Go(s)
C(s)
(图a)
(图b)
第六章 控制系统的综合与校正
6.2 串联校正装置的形式及特性
串联校正指校正环节Gc(s)串联在原传递函 数方框图的前向通道中，如下图所示。为了减少
(剪
c
切频率)
截止频率
K
、幅值裕度
b
和谐振频率
g
来表示，或用闭环系统的谐振峰值 r 来描述。
M
r
、
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方法
根轨迹法
一般适用于给定性能指标为p%，tp，ts 等时域指
标的情况。
频率特性法 一般适用于给定性能指标为 ,Kg,c,(Mr,b)等频
域指标的情况。
功率消耗，串联校正环节一般都放在前向通道的
前端，即低功率部分。
Xi(s) + -
Gc(s) G(s) Xo(s)
串联校正
Xi(s) + -
Gc(s) G(s) Xo(s)
串联校正
串联校正按校正环节Gc(s)的性质可分为：
(1)增益调整； (2)相位超前校正； (3)相位滞后校正； (4)相位滞后——超前校正。
校正的概念和实质
当仅改变增益不能同时满足瞬态和稳态性能时，就必须在系统中 引
入附加校正装置，用来改善系统瞬态和稳态性能。这些为改善系统性
能 而有目的地引入的装置称为校正装置。校正装置是控制器的一部 分。控制系统的校正，就是按给定的系统原有部分和性能指标设计
校正装置。
实质：
校正实质就是通过引入校正装置的零、极点，来改变整个系统的
校正装置Gc(s)
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方式
根据校正装置在Biblioteka Baidu统中的位置，可分为三种。
➢ 复合校正 包括按给定量顺馈补偿的复合校正(图a)和按扰 动量前馈补偿的复合校正(图b)。这种复合校正 控制既能改善系统的稳态性能，又能改善系统
的动态性能。
校正装置Gc2(s)
R( s)
控制工程基础课件第六章
第六章 控制系统的综合与校正
系统稳定是系统能正常工作的必要条件。但是， 只有稳定性还不能确保系统正常工作，例如，对于 数字控制仿形铣床的进给系统，超调量过大是不允 许的，因为它既影响工件表面粗糙度，又影响刀具 寿命。因此，系统既要稳定，又要能满足所要求的 性能指标，则可考虑对原已选定的系统增加些必要 的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性 能指标，这就是系统的综合与校正。
比它还要高的频率范围内使相位提前一些，这样相位裕
度增大了，再增加增益就不会损害稳定性。基于这种考
虑，为了既能提高系统的响应速度，又能保证系统的其
他特性不变坏，就需对系统进行相位超前校正。
§6.2 串联校正装置的形式及其特性
相位超前校正装置
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方式
根据校正装置在系统中的位置，可分为三种。
➢ 反馈校正 从系统中某一环节引出反馈信号，通过校正装 置 构成局部反馈回路，则称这种形式的校正为(局 部)反馈校正，又称并联校正。采用此种校正方 式时，信号是从高功率点流向低功率点，所以一 R(s般) 采用无源网络。原有部分Go(s) C(s)
§6.1 概 述
本章从控制的观点讨论系统的综合 与校正问题。主要考虑的是，当给定的 被控对象不能满足所要求的性能指标时， 如何对原已选定的系统增加必要的元件 或环节，使系统具有满意的性能指标， 即满足稳定、准确、快速性的要求，这
就是系统的综合与校正。
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
概念：
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
校正方式
根据校正装置在系统中的位置，可分为三种。
➢ 串联校正 校正装置串联在前向通道中，这种联接方式简
单易现。为避免功率损失，串联校正装置通常 放
在前向通道中能量较低的部位，多采用有源校 正
R(s)
网络校构正装成置。 G c(s)
C (s ) 原有部分 G o(s )
第六章 控制系统的综合与校正
§6.1 概 述
频率特性法设计校正装置主要通过伯德图进 行，分为分析法和期望频率特性法。
2.期望频率特性法
先由给定的性能指标确定出期望的对数幅频特性，再由 期望的对数幅频特性减去原系统固有的对数幅频特性，从而 得出需增加的校正装置的对数幅频特性，然后校验校正后系 统的性能，若满足要求，则可确定校正装置的结构和参数， 否则取一裕度更大的期望对数幅频特性，重复上述过程，直 到满足设计要求为止。
一、相位超前校正
系统的开环增益K↑可以提高系统的响应速度。这是
因为，开环增益的提高会使系统的开环频率特性Gk(j) 的穿越频率c(或称剪切频率)变大，其结果是加大了系 统的带宽b ，而带宽大的系统，响应速度就高。然而，
仅仅增加增益又会使相角裕度(或幅值裕度)减小，从而 使系统的稳定性下降。所以要预先在剪切频率的附近和