相位滞后校正
滞后校正、滞后超前校正以及PID简介
第六章 第三讲
6.3.3串联滞后校正的综合
Ti
20
0
-90。
11 Td Td
20
如果将滞后校正装置的零极点zi和pi设置为一对靠近 坐标原点的偶极子，即: Ti 1,β 1,α 1,Ti Td。
滞后超前网络的传递函数可改写为
Gc(s)≈βTTiiss 1（ αTds 1）
（βαTd Ti
)
1 Tis
计算此时的幅穿频率：
20lgK 20(lg5 lg1) 40(lg10 lg5) 60(lgωco lg10)
解上式可得：ωco 3 50K 11.45 rad / s
校正前的相角裕度γ（o ωco）：（o co） 25.28。
-20
ωco
-40
-60
5
1012
11.45
-20
-90 -180
校正前系统开环 校正后系统开环 滞后校正装置
-40
ω
-60
ω
在原系统的开环频率特性上寻找满足暂态指标 要求且具有下列相角裕度的频率点ωc。
γγ（o ωc） （i ωc）
γγ（o ωc） （i ωc）
γ（o ωc）:校正前系统在ωc处所对应的相角裕量；
γ:指标所要求的相角裕度; （i ωc）:滞后校正在ωc处造成的相角滞后量。
0.024
0.27
2.7 5
相位滞后校正
相位滞后量为：
(c2 ) 180 g 0 (5 ~ 12)
此式实际就是由相角裕量定义式得到
g 0 180 (c2 )
g0 为系统期望的相角裕量。
④ 求出校正网络中的 值。为使校正后系统的幅值穿越频率为
c2，必须把原系统在c2的幅值L(c2)衰减到0dB，即当相
685 .65(s 2.1) 25)(s 0.575946
)
⑥ 画出校正后的Bode图，确定此时的幅值穿越频率c2和相位 裕量g2，校验系统的性能指标。此时
( ) 90 tg10.04 tg11.7363 tg10.4762
(21) 134.17 g 180 (c2 ) 45.83
g 180 (c1) 180 90 tg10.04c1 26.6
自动控制原理
7.3 基于伯德图的相位滞后校正
③ 选择一新的幅值穿越频率点wc2，使得在w = wc2处原系统的
相位滞后量为： (c2 ) 180 g 0 (5 ~ 12) 180 45 5 130
() 90 tg10.04 130
例：已知一单位反馈系统的开环传递函数为 G(s) 2500 Kg
试设计一个相位滞后校正装置满足:
s(s 25)
⑴相位裕量大于45°；
⑵对单位速度函数输入，输出的稳态误差小于或等于
0.01rad。
解：① 对Ⅰ型系统ess=R/Kv，现R=1
Kv
lim
s0
sGk (s)
lim
s0
s
2500 s(s
7.3 基于伯德图的相位滞后校正
60
40
200Βιβλιοθήκη -20-40-60
串联超前校正和滞后校正的不同之处
串联超前校正和滞后校正的不同之处在控制系统中，超前校正和滞后校正是两种常见的校正方法。
它们都是为了提高系统的稳定性和性能而采取的措施。
然而，它们的实现方式和效果却有很大的不同。
本文将从理论和实践两个方面，分别探讨串联超前校正和滞后校正的不同之处。
一、理论分析1. 超前校正超前校正是指在控制系统中，通过提前控制信号的相位，使得系统的相位裕度增加，从而提高系统的稳定性和响应速度。
具体来说，超前校正是通过在控制信号中加入一个比例项和一个积分项，来提高系统的相位裕度。
这样，系统就能更快地响应外部干扰和变化，从而提高系统的性能。
2. 滞后校正滞后校正是指在控制系统中，通过延迟控制信号的相位，使得系统的相位裕度减小，从而提高系统的稳定性和抗干扰能力。
具体来说，滞后校正是通过在控制信号中加入一个比例项和一个微分项，来减小系统的相位裕度。
这样，系统就能更好地抵抗外部干扰和变化，从而提高系统的性能。
二、实践应用1. 超前校正超前校正在实践中的应用非常广泛。
例如，在电力系统中，超前校正可以用来提高电力系统的稳定性和响应速度。
在机械控制系统中，超前校正可以用来提高机械系统的精度和响应速度。
在化工生产中，超前校正可以用来提高化工生产的稳定性和生产效率。
2. 滞后校正滞后校正在实践中的应用也非常广泛。
例如，在飞行控制系统中，滞后校正可以用来提高飞行器的稳定性和抗干扰能力。
在汽车控制系统中，滞后校正可以用来提高汽车的稳定性和安全性。
在医疗设备中，滞后校正可以用来提高医疗设备的精度和稳定性。
总之，串联超前校正和滞后校正是两种常见的校正方法，它们都是为了提高系统的稳定性和性能而采取的措施。
然而，它们的实现方式和效果却有很大的不同。
在实践中，我们需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的校正方法，以达到最佳的控制效果。
相位滞后校正
（3）根据题目给出的 40的要求，并取 6 ，则
(c ) 46
由校正前系统的相频特性曲线知，在 2.7rad/s附近 时， 0 ( ) 134 ，即相角裕度 46，故选 c 2.7rad/s。 （4）求滞后网络的 值。未校正系统在 c 2.7rad/s处的对数 幅频值 L0 (c ) 21dB，则
ui (t )
uo (t )
C
R1 R2 ( 1) ，则有 设 T R2C 及 R2
Ts 1 Gc ( s) Ts 1
滞后网络的频率特性为
j T 1 1 2T 2 Gc ( j ) (arctanT arctan T ) 2 2 2 j T 1 1 T
21 20 lg 0 11
（5）求校正网络的传递函数
1 1 2 2.7 0.27 rad/s T 10
T 3.7s
T 41.7s
1 (1 0.024 rad/s) T
滞后校正装置的传递函数为
Ts 1 3.7 s 1 Gc ( s) Ts 1 41.7 s 1
例：已知一单位反馈最小相位控制系统，其固定不变部分传递 函数 G0 ( s)和串联校正装置 Gc (s) 如图所示。要求： （1）写出校正前后各系统的开环传递函数； （2）分析 Gc (s)各对系统的作用，并比较其优缺点。
20 G0 ( s) s(0.1s 1) 2s 1 Gc ( s) 10 s 1
（4）求滞后网络的 值。找到原系统在 c 处的对数幅频 值 L0 (c ) ，并由下式求出网络的 值。
L(c ) 20 lg 0
串联相位滞后校正的特点
串联相位滞后校正的特点
相位滞后校正是一种常见的校正方法，它通常用于电子领域进行信号处理和调制。
由于电路中存在着一些不可避免的相位滞后，导致信号的失真和噪声，因此需要进行相应的校正处理，以确保信号的精确传递和处理。
串联相位滞后校正是一种相位校正方法，具有特别的作用和优势。
下面，我们将从以下几个方面来探究它的特点: 第一，串联相位滞后校正实现简单，操作容易。
该方法依靠串联多个相位校正器，以逐级消除信号中的相位滞后，达到最终的校正效果。
由于该方法采用串联的方式，因此操作上比较简单，只需要将相位校正器一级接一级进行连接，即可完成校正过程。
第二，串联相位滞后校正具有高精度和稳定性。
由于该方法是通过多级串联相位校正器进行处理，因此可以逐步消除信号中的相位滞后，最终达到高精度的校正效果。
同时，该方法具有稳定性，可以在不同的工作环境下保持一致的校正效果，有效提高信号处理的准确度和可靠性。
第三，串联相位滞后校正适用范围广泛。
相位滞后影响信号的传递和处理，不仅在电子领域中存在，也在其他领域有着广泛的应用。
串联相位滞后校正方法适用于各种不同的信号处理和调制需要，如音频和视频信号处理、光学通信等领域。
第四，串联相位滞后校正具有灵活性和可拓展性。
由于串联相位滞后校正器的多个级别，可以根据不同的信号处理要求调整校正器的数量，以实现更高的校正精度和处理能力。
同时，该方法也可以通过添加更多的级别来扩展其校正范围和适用性能。
综上所述，串联相位滞后校正是一种基于多级相位校正器串联的相位校正方法，具有操作简单、高精度、稳定性强、适用范围广、可拓展性等特点，在信号处理和调制领域有着广泛的应用。
相位超前滞后的作用
相位超前和滞后在控制系统中的作用如下：
1. 超前校正：目的是改善系统的动态性能，在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。
通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。
一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。
2. 滞后校正：通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。
它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。
3. 滞后-超前校正：是滞后校正与超前校正的组合。
它具有超前校正的提高系统相对稳定性和响应快速性；同时又具有滞后校正的不影响原有动态性能的前提下，提高系统的开环增益，改善系统的稳定性能。
它具有低频端和高频端频率衰减的特性，故又称带通滤波器。
这种校正方式适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。
基于根轨迹的相位滞后校正
基于根轨迹的相位滞后校正概述：控制系统的根轨迹是当开环系统的某一参数（一般为系统的开环增益）从负无穷到正无穷变化时，闭环系统特征方程的根在复平面上留下的轨迹。
根轨迹分析方法就是利用绘制出的根轨迹来分析闭环系统稳定性和其他性能指标的方法。
基于根轨迹的控制系统的设计：当系统的性能指标以时域指标提出时，可以借助根轨迹曲线获取校正装置的结构和参数。
因为系统期望的闭环主导极点往往不在被控对象的根轨迹曲线上，所以需要添加一对零极点，来改变系统的根轨迹曲线。
若期望主导极点在原根轨迹的左侧，则采用相位超前校正；若期望主导极点在原根轨迹上，则通过调整K 值，以满足静态性能要求；若期望主导极点在原根轨迹的右侧，则采用相位之后校正。
具体步骤如下：第一步：对被控对象（即未校正系统）进行性能分析，确定使用何种校正装置。
第二步：根据性能指标的要求，确定期望的闭环主导极点。
第三步：确定校正系统的参数c Z 和c P ，写出其传递函数c G =KcPc s Zc s ++。
第四步：绘制根轨迹图，确定Kc 。
第五步：对校正后的系统进行性能校验。
基于根轨迹的相位滞后校正：1、基于根轨迹的相位滞后校正基本原理：设未校正系统的开环传递函数为0G (S)，校正系统的传递函数为c G =11++Ts Ts ββ>1），则校正系统的开环传递函数为G （s ）=G0（s ）c G （s ）；设S1为期望的闭环主导极点，因此S1应满足系统的特征方程1+0G （s ）c G （s ）=0；由于是滞后校正，校正装置的零极点相对于S1来说应是一对偶极子，而且离虚轴越近越好。
因此，当S=S1时，校正装置的零极点可以看作是一对偶极子，所以有ββββ111111)(11111≈++=++=T s T s Ts Ts s Gc （1-1） 记)(100s G M =，)(1s G M c c =,则 1100==βM M M c （1-2）2、基于根轨迹的相位滞后校正步骤：第一步：由稳态指标确定未校正系统的开环增益，对未校正系统进行性能分析。
说明相位超前和相位滞后校正的各自特点
说明相位超前和相位滞后校正的各自特点
相位超前和相位滞后校正是相位校正技术中常用的两种方法，它们各有其特点。
相位超前是一种电力系统调度中常用的方法，其目的在于改善相位不平衡的紊
乱状态。
它的主要思想是通过改变某一节点的电压相位，使得系统设备各自的相位组合恢复到正确的相位平衡状态。
它的特点是，它只能用于调节相位不平衡的节点，而不能用于调节全局的相位不平衡问题。
另一种常用的相位校正方法是相位滞后校正法，它也称为纵向相位调整，它将
节点之间的电压相位关系作为一个阶段。
它的特点是，它可以用于调节全局的电压相位不平衡，也可以用于调节相位不平衡的节点。
它的优点是，它不仅可以提高系统的发电能力，而且可以改善系统的负荷调度效率。
总之，相位超前和相位滞后校正是相位校正技术中重要的两种方法，它们各有
其特点和优势。
它们的正确使用和操作可以改善系统的负荷调度能力和发电能力，从而提高系统的运行稳定性和安全性，保证用电安全。
相位超前校正和滞后校正的区别
相位超前校正和滞后校正的区别相位超前校正和滞后校正是电路中常用的两种方法，用于调整信号的相位。
它们在电子领域中具有重要的应用，尤其在通信系统和控制系统中起着至关重要的作用。
本文将详细介绍相位超前校正和滞后校正的区别。
一、相位超前校正相位超前校正是一种使信号相位提前的技术。
在电路中，我们常常遇到信号相位滞后或者信号延迟的情况，这是由于电路元件的特性或者传输介质的影响所致。
为了解决这个问题，我们可以采用相位超前校正的方法。
相位超前校正的原理是在信号路径中引入一个或多个滤波器，并通过合理设计滤波器的参数，使得滤波器对频率较低的信号具有较大的增益，从而使得信号的相位提前。
相位超前校正常用于控制系统中，以提高系统的稳定性和响应速度。
例如，在飞机的自动驾驶系统中，采用相位超前校正可以使飞机更加稳定地飞行。
二、滞后校正滞后校正则是一种使信号相位延迟的技术。
在某些情况下，我们需要延迟信号的相位，以满足特定的要求。
比如，在音频处理中，我们可能需要将不同的音频信号进行时间对齐，以达到更好的音效效果。
此时，我们可以采用滞后校正的方法来实现。
滞后校正的原理是通过引入一个或多个滤波器，在信号路径中对频率较高的信号进行衰减，从而使得信号的相位发生延迟。
滞后校正常用于音频处理、图像处理等领域，以实现信号的同步和对齐。
例如，在音频混音中，我们可以采用滞后校正的方法，将不同音轨的信号进行时间对齐，以获得更好的混音效果。
三、相位超前校正与滞后校正的区别相位超前校正和滞后校正的区别主要体现在以下几个方面：1. 目的不同：相位超前校正的目的是使信号的相位提前，以提高系统的稳定性和响应速度；滞后校正的目的是使信号的相位延迟，以实现信号的同步和对齐。
2. 原理不同：相位超前校正通过引入滤波器来增益低频信号，从而使得信号的相位提前；滞后校正通过引入滤波器来衰减高频信号，从而使得信号的相位延迟。
3. 应用领域不同：相位超前校正主要应用于控制系统中，以提高系统的稳定性和响应速度；滞后校正主要应用于音频处理、图像处理等领域，以实现信号的同步和对齐。
机械工程控制基础简答题答案（1）[1]
![机械工程控制基础简答题答案（1）[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/919e49b00129bd64783e0912a216147917117e0f.png)
机械⼯程控制基础简答题答案（1）[1]1.何谓控制系统，开环系统与闭环系统有哪些区别？答：控制系统是指系统的输出，能按照要求的参考输⼊或控制输⼊进⾏调节的。
开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不⽤测量；闭环系统有反馈、控制精度⾼、结构复杂、设计时需要校核稳定性。
2.什么叫相位裕量？什么叫幅值裕量？答：相位裕量是指在乃奎斯特图上，从原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连⼀直线，该直线与负实轴的夹⾓。
幅值裕量是指在乃奎斯特图上，乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。
3.试写出PID控制器的传递函数？答：G C(s)=K P+K Ds+K I/s4,什么叫校正（或补偿）？答：所谓校正（或称补偿），就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能的⽅法。
5.请简述顺馈校正的特点答：顺馈校正的特点是在⼲扰引起误差之前就对它进⾏近似补偿，以便及时消除⼲扰的影响。
6.传函的主要特点有哪些？答：（1）传递函数反映系统本⾝的动态特性，只与本⾝参数和结构有关，与外界输⼊⽆关；（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶数必不少于分⼦中s的阶数；（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理结构系统，只要他们的动态特性相同，其传递函数相同。
7.设系统的特征⽅程式为4s4+6s3+5s2+3s+6=0，试判断系统系统的稳定性。
答：各项系数为正，且不为零，满⾜稳定的必要条件。
列出劳斯数列：s4 4s3 6 3s2 3 6s1 -25/3s0 6所以第⼀列有符号变化，该系统不稳定。
8.机械控制⼯程主要研究并解决的问题是什么？答：（1）当系统已定，并且输⼊知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本⾝的有关问题，即系统分析。
（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输⼊应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。
（3）当输⼊已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出⾦肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。
滞后校正的原理
滞后校正的原理
滞后校正是一种用于修正系统响应滞后的方法，常用于控制系统中。
其原理基于对系统的输出信号进行滞后处理，在时间上对信号进行一定的延迟，以使系统的响应更加准确、稳定。
滞后校正的原理是通过引入一个滞后补偿器来改变控制系统的传递函数。
滞后补偿器由一个或多个衰减器和一个延迟器组成。
衰减器可以减小信号的振幅，而延迟器可以延迟信号的相位。
具体来说，当系统的响应滞后时，可以通过增加延迟器的时间常数来减小滞后。
延迟器会导致系统的相位响应滞后，并减弱系统的频率响应。
通过在系统的传递函数中引入延迟器，可以使系统的相位响应向后移动，从而达到校正滞后的效果。
实际上，滞后校正可以看作是一种频率域设计方法，通过调整系统的频率响应曲线，使其更加接近期望的频率响应。
在控制系统中应用滞后校正可以提高系统的稳定性和响应速度。
总之，滞后校正通过引入延迟器来改变系统的传递函数，从而校正系统响应中的滞后现象。
这种方法可用于改善控制系统的稳定性和响应特性，使系统的性能更加优良。
20 第二十讲 相位滞后和滞后-超前校正
10% = 50º ω = 3 rad / s
3 新的增益穿越频率ωgc’=3 rad / s
4 在ωgc’= 3 rad/s处， 校正前幅值需 由 40dB 降为0dB
20 lg 40 100
(rad / s)
60
1
10
100
M db
40
20 0
40 db
4.
相位滞后校正减小了开- ( 闭-) 环系统 的带宽。
5. 6.
调节时间大大增加。
相位滞后校正可以使相位裕度变化超 过 90º (相位超前 < 90º图. 19.7)
kv 30, 40 , hdB k 10dB, c 2.3 例6-4 c 9.77 s(0.1s )(0.2s 1)
系统具有如下的开环传递函数：
K GH s 2 s1 s
设计一个相位滞后校正环节， 使其闭 环系统具有如下性能指标: (1) 阻尼比 = 0.5 (2) 速度误差不超过 10%
解:
对于 (2)
1 1 K Kv 10 ess 0.1
画出 K=10的伯德图: PM=0， 系统是不稳定的。 对于(1) ，PM=50º 。PM 要求 50 10% 55 以上的 PM 发生在频率ω = 0.27处， 并且该 处幅值为 31dB。
M 20 lg 31 dB
35.5
(rad / s)
80
60 0.001 0.01
0.1
1.0
10
M db
40 M=31db 20 0
K 10
0.27
-90 -180 -270
gc
《相位滞后超前校正》PPT课件
自动控制原理
7.3 基于伯德图的滞后-超前校正
5．由最大相位超前m 确定参数 。
sinm 11
当 10时，有 m5.49。 因为这里需要
所以选择 10。
50的 相位裕量，
于是，相位滞后局部的另一转折频率
1为
T2
0.01弧 5 度 /秒 。
滞后－超前网络相位滞后局部的传递函数为
1 1 s 0.15
1 1 s
101166.66.77ss
0.015
自动控制原理
7.3 基于伯德图的滞后-超前校
正 6．确定滞后－超前网络相位超前局部的传递函数
-20 40
-40
校正后 0
校正网络
校正前
-20
-40
13dB
-20
-60 16dB
-40
校正网络 0
校正后
0.01 0.02 0.04
0.1
0.2
校正前
50 32
0.6 1 1.5 2
4 6 10
7.3 基于伯德图的滞后-超前Fra bibliotek正自动控制原理
因为希望校正后系统能够的幅值穿越频率为ω=1.5弧度/秒, 所以可以画出一条斜率为20dB/dec,且通过(1.5弧度/秒,13dB)点的直线.该直线与0分贝及-20dB线的交点就时所要求 的转折频率.于是,相位超前局部的转折频率分贝为0.7弧度/秒和 7弧度/秒.
kvlsi m 0sG c(s)s(s1k )(s2)k 210 k20
自动控制原理
7.3 基于伯德图的滞后-超前校正
2．当k=20时，画出未校正系统的伯德图如以下图所示：
未校正系统的相 位裕量是-32度， 增益裕量是-11分 贝。说明原系统 是不稳定的。
滞后校正、滞后超前校正以及PID简介
(4)确定滞后校正装置参数T
一般滞后校正装置的T与校正后截止频率满足： 1 ωc bT 5 ~ 10
这里取10，可得T 41s。
滞后校正装置的传递函数为：G
c(s)
1 3.7s 1 41s
(5)校验
经计算可得：γ(ωc ) 41.3 。，幅值裕度为10.5 dB. 幅穿频率ωc 2.7rad / s，可见满足所有设计要求。
• 该环节将使系统型别提要一级。从而提高系统的 稳态跟踪能力；
• 适当调整增益系统，可以提高系统 的快速性， 同时还可降低稳态误差。
• 适当调整微分以及积分常数可以提高系统的平稳 性，以及稳态精度。
若由上式求出的ωc满足系统设计指标要求，则 说明采用滞后校正有效;否则，应考虑采用滞后 超前校正。
对于本例题， 取 （i ωc） 6.5 把题中要求γ 40代入下式: γ（o ωc）γ （i ωc） 40 6.5 46.5
又由 γ（o ωc） 90。 arctg0.1 ωc arctg0.2 ωc 46.5 可解得 ωc 2.7rad /s, 可见满足设计要求，选用滞后校正有效。
-20
-90 -180
校正前系统开环 校正后系统开环 滞后校正装置
-40
ω
-60
ω
在原系统的开环频率特性上寻找满足暂态指标 要求且具有下列相角裕度的频率点ωc。
γγ（o ωc） （i ωc）
γγ（o ωc） （i ωc）
γ（o ωc）:校正前系统在ωc处所对应的相角裕量；
γ:指标所要求的相角裕度; （i ωc）:滞后校正在ωc处造成的相角滞后量。
第六章 第三讲
6.3.3串联滞后校正的综合
1、滞后校正装置的特点
滞后校正滞后-超前校正
e j ( arc tan aT arctanT )
( ) 20 lg ( aT )2 1 20 lg (T )2 1 Lc
(a 1)T > 0 c ( ) arctan aT arctan T arctan 1 a(T )2
相频曲线具有正相角，即网络在正弦信号作用 下的稳态输出在相位上超前于输入，故称为超前校 正网络。
20lg a
20lga 10lga
1 Lc (2 ) 20lg Gc ( j ) T
7
中频段
L(ω)在开环截止频率ωc（0分贝附近）的区段。
频率特性反映闭环系统动态响应的平稳性和快速性。
时域响应的动态特性主要取决于中频段的形状。
反映中频段形状的三个参数为：开环截止频率 ωc、中
频段的斜率、中频段的宽度。 为了使系统稳定，且有足够的稳定裕度，一般希望： 中频段开环对数幅频特性斜率为-20dB/dec的线段， ωc 较大，且有足够的宽度；
频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽。
5
二、频率法校正
6
低频段
L(ω)在第一个转折频率以前的频段。
频率特性完全由积分环节和开环放大倍数决定。
低频段对数幅频特性: Ld ( ) 20lg K 20 lg 低频段的斜率愈小，位置愈高，对应系统积分环节的 数目ν愈多、开环放大倍数K愈大。则在闭环系统稳定的条 件下，其稳态误差愈小，动态响应的跟踪精度愈高。
s 1 aT 1 aTs a , (a 1) Gc ( s ) aGc ( s ) s1 T 1 Ts
'
2、超前校正的零、极点分布
zc
1 aT
1 pc = T
《相位滞后超前校正》课件
• Zhou, L. (2020). A Novel High-Precision Phase Lag Correction Method for Fiber Bragg Grating Sensors. IEEE Access, 8, 188757-188764.
结论
相位滞后超前是广泛出现于信号与参考信号之间的相位差，但其会对信号的稳定性、频率和控制精度造成影响。因 此，校正相位滞后超前是重要的技术应用之一，在通信、电力系统和图像处理等领域均有重要的应用价值。
Hale Waihona Puke 参考文献• Chang, C. C., & Huang, J. W. (2015). A novel high-precision digital automatic correction method for phase lag of piezoelectric actuator signal. Measurement, 65, 84-94.
相位滞后超前校正的应用
通信领域
相位滞后超前校正广泛应用于移动通信、卫星通讯和无线电领域，实现高速信号传输和无线 电频段管理。
图像处理
相位滞后超前校正可以纠正图像在采样和处理过程中产生的相位偏差，实现更加准确的图像 处理和传输。
电力系统
相位滞后超前校正可应用于电力系统的保护和控制，确保系统的可靠性和稳定性。
滞 后 校 正
RC网络如下图所示，其传递函数为
令
Gc (s)
M (s) E(s)
R2
1 Cs
R1
R2
1 Cs
1 R2Cs 1 (R1 R2 )Cs
a
R2 R1 R2
1
，
T (R1 R2 )C
1 倍。 a
放大1/a倍的滞后校正伯德图
2．用频域校正法确定滞后校正参数
绘制伯德图的先决条件是已知系统的开环放大系数。因此，频域校正法是先 使系统满足稳态要求，然后再用滞后校正使系统满足所要求的动态性能。可以说， 滞后校正在保持动态特性不变的基础上，提高了开环增益；或者说是滞后校正可 补偿系统因开环增益提高而发生的动态性能变化。用频域校正法进行滞后校正的 一般步骤如下。
从滞后校正环节的伯德图可以看出，滞后校正环节的高频段是负增益，因此， 滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，可增强系统的抗扰动能力。利用滞后校 正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，可降低系统的截止频率，提高系统的 相位裕度，以改善系统的动态性能。
如果在滞后校正环节后串联一个放大倍数
为 1 的放大器，则其对数幅频特性曲线变为 a
【解】 若要满足稳态性能要求 Kv 30，则校正后系统的开环传递函数为
30 G0 (s) s(0.1s 1)(0.2s 1)
作频率特性曲线如下图所示，在图中作 (180 )线，校正后系统的截止
频率较小，因此 取 10。
180 180 40 10 130
德图
由滞后校正环节的零、极点分布图可知，零点总是位于极点的左侧（ a 1 ）。
从伯德图可以看出，在 1 ～ 1 频段，滞后校正环节具有滞后相位，滞
T aT
后相位会给系统特性带来不良影响。为解决这一问题，可使滞后校正环节的零、 极点靠得很近，从而使其产生的滞后相角很小；同时也可使滞后校正的零、极点 靠近原点，尽量不影响系统的中频段特性。
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当系统在低频段相频特性上找不到满足系统相位裕量点时， 不能用相位滞后校正。
18
五、相位超前和相位滞后校正小结
⒈相位超前校正通过在幅值穿越频率点附近，提供一个相位超 前量而使系统的相位裕量满足要求。相位滞后校正通过对 中频及高频幅值衰减的特性，使幅值穿越频率向低频方向 移动，同时使中频及高频的相位特性基本不变，从而使系 统的相位裕量满足要求。
0.1
c2＝21
g1=45.83°
1
10
c1＝47 g1=28°
100
1000
14
Step Response
From: U(1) 1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1
Amplitude
To: Y(1)
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
z=－2.1，z= 0.459
16
100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80
-100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20
17
校正前闭环极点为 s1,2=-12.5±48.4j， z=0.25
校正后闭环极点为 s1,2=-32.4815±60.0354j, s3=-46.037, z=0.476
后量影响很小，又因为 1 小，则要求T大，给物理实现带来具
体困难，所以一般选
T
1
T
在c2的
1 2
~
1 10
倍频处即可。
当1
T
确定后， 1
T
也可确定，于是
Gc
(
s)
1 Ts
1 Ts
8
⑥ 画出校正后的Bode图，确定此时的幅值穿越频率c2和相位 裕量g2，校验系统的性能指标。一定要校验，不满足重做。
⑦ 求出网络参数。这步在实现中是必不可少的，但电路参数的 选择有很多技巧，如不特别申明，可省略不做。
-75 -90 -105 -120 -135 -150 -165 -180
1
c1＝47 g1=28°
10
100
1000
③ 选择一新的幅值穿越频率点c2，使得在 = c2处原系统的
相位滞后量为： (c2 ) 180 g 0 (5 ~ 12) 180 45 5 130
() 90 tg10.04 130
tg10.04 40 25tg40 21
④在c2=21，原系统在c2的幅值L(c2)
L(c2) 20[lg100 lg lg 1 (0.04)2 ] 21 11.2368 20 lg L(c2)
L(c2 )
10 20 0.27426
12
⑤ 选择校正网络零点
1 c2 2.1 T 10
三、基于频率响应法的滞后校正
R - Gc
GC
图中，Gc为校正装置，G为 对象。
利用频率响应法设计滞后校正装置的步骤如下：
① 求出满足稳态性能指标的开环增益K 值； ② 根据求出的K 值，画出校正前的Bode图，确定此时的幅值穿
越频率c1和相位裕量g1；
6
③ 选择一新的幅值穿越频率点c2，使得在 = c2处原系统的
一、相位滞后校正装置
无源滞后校正装置：
R1
Gc (s)
uo ui
1
R2
1 Cs
R1
R2
1 Cs
1 R2Cs (R1 R2 )Cs
1
R2 R1 R2 1 (R1
ui
(R1 R2 )Cs R2 )Cs
R2
1 Ts
1 Ts
uo
s 1
T
s 1
T
其中： T
( R1
R2 )C，
R2 R1 R2
)
⑥ 画出校正后的Bode图，确定此时的幅值穿越频率c2和相位 裕量g2，校验系统的性能指标。此时
( ) 90 tg10.04 tg11.7363 tg10.4762
(21) 134.17
13
g 180 (c2 ) 45.83
60
40
20
0
-20
-40
-60
0
-30
-60
-90 -120 -150 -180
19
3. 超前校正通常用来改善稳定裕量。而滞后校正用来改善系统 的稳态性能。因为降低了高频增益，系统的总增益可以增大， 因此低频增益可以增加，故改善了稳态精度（降低了稳态误 差）。此外，系统中包含的任何高频噪音，都可以得到衰减。
4.超前校正需要有一个附加的增益增量，以补偿超前网络本身的 衰减。
20
Gc (s)
1 Ts，
1 Ts
1
j S平面
⒈ 零极点分布图
它的零点在 z 1 ，极点在 p 1 。
T
T
因 1 ，所以在复平面上，极点总是在
1 T
1 T
0
Re
零点的右面。由于极点较零点更接近原点，
对输入信号具有明显的积分作用。故相位滞
后校正也称为积分校正。
3
⒉ Bode图
L 0
10lg
20lg
T 0.4762
1 c2 2.1 0.575946
T 10
T 1.7363
Gc
(s)
1 1
0.4762s 1.7363s
Gk (s)
Gc (s)G(s)
100 (1 0.4762 s) s(1 0.04s)(1 1.7363
s)
s(s
685 .65(s 2.1) 25)(s 0.575946
Time (sec.)
15
Root Locus Design 30
20
10
Imag Axes
0
-10
-20
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Real Axis
校正前闭环极点为 校正后闭环极点为
ss11,,22==－－1112..657±734±8.42j2，.6z2=320j，.25s3=－2.2214，
四、相位滞后校正对系统的影响和限制 ⒈影响：
① 从Bode图看系统的幅值穿越频率c减小了，对应b减小 ② 幅频特性在c附近的斜率减小了，即曲线平坦了； ③ 改善了系统的相位裕量g 和增益裕量Kg，提高了系统的相
对稳定性； ④ 减小了系统的最大超调量，但上升时间等增大； ⑤ 本身对系统的稳态误差没有影响，但由于对中高频段幅值
20 lg L(c2 ) 0 20 lg L(c2)
L(c2 )
10 20
7
⑤ 选择校正网络零点
1
T
(1 2
~
1 10
)
c
2
理论上讲，1T 离开c2越远，相位滞后网络的相位滞后特性
对系统的影响越小，所以 1选得越小越好。
T
但因为当 1
T
离开c2一定距离后，1T
减小对c2点的相位滞
9
[例]已知一单位反馈系统的开环传递函数为 G(s) 2500 Kg 。
试设计一个相位滞后校正装置满足:
s(s 25)
⑴相位裕量大于45°；
⑵对单位速度函数输入，输出的稳态误差小于或等于0.01rad。
[解]：① 对Ⅰ型系统ess=R/Kv，现R=1
Kv
lim
s0
sGk (s)
lim
s0
s
2500 s(s
1
1
有源滞后校正装置：
C1 ui R1
C2
R4
- R2 R3 -
+
+
s 1
Gc (s)
uo ui
R4C1 R3C2
s
R1C1 1
R2C2
uo
R2R4 R1C1s 1 R1R3 R2C2s 1
当R1C1> R2C2超前校正网络 当R1C1< R2C2滞后校正网络
2
二、相位滞后校正网络的特性
相位滞后量为：
(c2 ) 180 g 0 (5 ~ 12)
此式实际就是由相角裕量定义式得到
g 0 180 (c2 )
g0 为系统期望的相角裕量。
④ 求出校正网络中的 值后，为使校正后系统的幅值穿越频率
为c2，必须把原系统在c2的幅值L(c2)衰减到0dB，即当相
位滞后校正网络起作用后应使得
⒉相位超前校正由于幅频特性在中频及高频有所提升，使带宽 总大于原系统。当带宽比较宽时就意味着调节时间的减少。 而滞后校正的中频及高频衰减使带宽变窄。因而，在同一 系统中，超前校正的带宽总大于滞后校正的带宽。因此， 如希望一个宽的带宽及快的响应，就应采用超前校正。然 而，宽的带宽同时意味着高频增益的增大，使噪声信号得 以通过，在需要抑制干扰及噪声的情况下，应采用滞后校 正。
90 45
0 -45 m -90
4
L() 20lg 1 (T)2 20lg 1 (T)2
() tg1T tg1T
1
m
1
T
T
频率特性的主要特点是：
⑴ 所有频率下相频特性
为负值(滞后)，这点对
系统的性能无好处，但
在实际校正中并不用这
个特点
⑵ 当 确定后,在 >1/(T)后的最大幅值 衰减为L=20lg
Kg 25)
100
Kg
要求
ess
1 100 Kg
0.01
，即
Kg 1
取