自动控制原理 矿大06第六章 线性系统的校正方法1 (1)PPT课件

画出对数频率特性如图6.13所示。显然，超前网络对频率在
1 aT
至1 T
之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内
校正装置：就是在系统中加入一些其参数可以根据需 要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，
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从而满足给定的各项性能指标。
(1)按输入进行前馈校正（顺馈校正）
Ϊ¸ÄÉÆϵͳÐÔÄÜ
输入量 前´®馈Áª ²校¹ 正¼ þ
·Å控´ó制器
¾Ö²¿·´ À¡
测²¹量元件
干 扰 量
被控±»¿Ø 输出Ê量ä³öÁ¿ 对象
1000
rad s
[-60]
7
2.校正方式（串联、反馈和复合）
输入量
Ϊ¸ÄÉÆϵͳÐÔÄÜ
串´®联Á ª ²校¹ 正¼ þ
主反馈
放 大 元 件´ó
执 行 元 件´ó
局¾Ö部²¿反·´ À馈¡ 反馈 ²校¹ 正
测量²â元Á¿Ô件ª¼ þ
干 扰 量
被控±»¿Ø 输出Ê量ä³öÁ¿ 对象
设计目的：是将构成控制器的各元件（装置）与被控 对象组合起来，使之满足给定的各项性能指标要求， 不满足要求，需要增加校正装置
（3） G c ( s ) 的幅频和相频特性
Gc
(s)
1 aTs 1Ts
a 1
2 lG 0 g C (j) 2 l0 g 1 (T ) 2 2 l0 g 1 ( T ) 2
c () a r c tg a T a r c tg T a rc ta n 1 (a a T 1 ) 2 T 2
位置误差系数
KP
lim
s0
H (S )G(S )
速度误差系数
KV
lim SH (S )G(S ) s0
加速度误差系数
Ka
lim
s0
S 2 H (S )G(S )
扰动稳态误差 essnls i0m [SC N(s)])
（2）时域指标： tr：上升时，间 tp：峰值时间
（3）频域指标： ts：调节时， 间%：超调量
第六章 线性系统的校正
分析:
控制系统 结构和参数
时域分析法 根轨迹法
频域分析法
控制系统 性能指标
设计:
控制系统 性能指标
选择校正装置 装置参数
控制系统 结构和参数
1
6.1 校正的概念
如果预先规定了控制系统的性能指标，然后设计一个系 统，选择合适的校正装置和参数使系统满足性能要求，这 个过程称为控制系统的校正（又称设计、综合和补偿）。
开环频域指标： c, ,g , Kg
闭环频域指标： M(o),Mr,r,b
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（1）二阶系统频域 指标 与时域指标
(S)S22n 2nSn2
谐振峰值 谐振频率
Mr 2
1
1 2
r n 122
带宽频率 bn [1 ( 22 )(1 22 )2 1 ]1 2
截止频率 cn 14422
相角裕度
1. 性能指标
稳态性能指标
稳态误差 静态位置误差系数 静态速度误差系数 静态加速度误差系数
时域指标：超调量、调节时间、上升时间、峰值时间
动态性能指标
截止频率、交界频率 开环频域指标
频域指标
相位裕量、幅值裕量
闭环频域指标 谐振频率、谐振峰值 2 频带宽度
1、系统的性能指标
（1）稳态误差指标：ess rls i0S m (E S)ls i01 m H S(S (R S )G )(S)
Gc(s)
R2
R2 1
1 SC
R2
R2
1
R1 SR1C
R1
a
R2(1R1CS) R2 R1R1R2CS
R2(1R1C)S /(R1R2) (R1R2R1R2C)S /(R1R2)
分度系数 R1 R2
R2
Gc' (s)
11aTs a 1Ts
aTR1C
时间常数
T
R1
R2
C
12
R1 R2
R1
说明：
arctan 2 144 22
tr d
n 12
tp
d
n
12
%e 12 •10% 0
ts3.5 n, (5%0.1 ,,0.9)4
（2）高阶系统频域指标与时域指标的关系
谐振峰值 Mr s1in, 350900,1Mr 1.8
超调量
0.1 60.4(s1in1)
经验值： Mr =1.1~1.4
调节时间
ts
K c
=0.4~0.7 %= 5%~30% = 300 ~ 600
K 2 1 .5 (s1 i n1 ) 2 .5 (s1 i n1 )2 Kg>6dB
5
（3） 系统带宽的确定 b （ 5～ 1） 0M
闭环幅频特性 M ( ) 上，对应幅值等于0.707M(0) 的频
率 b 称为系统的带宽频率。 0 b 为系统带宽
²â Ô ª¼ þ
带输入前馈校正的复合控制系统
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(2)按扰动进行前馈校正（补偿）
Ϊ¸ÄÉÆϵͳÐÔ
输入量
´®Á ª ²¹ ¼ þ
前馈 校正
·Å控´ó制器
¾Ö²¿·´ À¡
测²¹量元件
干 扰 量
被控±»¿Ø 对象
输Ê出ä³ö量Á¿
²â ¼ þ
带扰动前馈补偿的复合控制系统
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6-2 串联校正
系统的 分析和经验 串联校正 选择参数
[-20]
40
[-40]
20
1
2
[-20]
3 4
0 0.1
0.4
1
2
4
10
20 4c0
100
200 400
[-40]
-20
低低低
-40
低低低
低低低
T2
1
2
1
c
Mr M r 1
实际工程中 采用经验公式
T3
1
3
1
c
Mr M r 1
2 (0 .5 ~ 0 .1) c 3 ( 5 ~ 10 ) c
lg
（1）采用无源超前网络进行串联
校正时，整个系统的开环增益要
下降 倍。
ur
C R2
a
uc
G' (s) 11aTs
c
a 1Ts
带有隔离放大器的 无源超前校正网络
时间Biblioteka Baidu数：T R1R2C
R1 R2 aTR1C
分度系数： a R1 R2 R2
因此需要提高放大器增益加以校正。
此时的传递函数： Gc(s)aGc' (s)11aTTss 13
按规定的允许误差给定 值，在 M 频率范围内有
M()M(0)
M 为按给定精度复现输入信号的频宽。
0M 为低频段
M
Mr
R( j) 输入 信号
扰动 信号
M (0)
0.707M (0)
N ( j)
0 M r b
0
m b 1
n 6
（4）控制系统期望对数幅频特性图
L() 20 lg GH dB
固有特性
装置
验证 性能指标
1. 无源超前网络 2. 无源滞后网络 3. 无源滞后—超前网络
无源校正网络（装置，R和C构成）
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1. 无源超前网络
R1
假设该网络输入信号源的内阻 为零，输出端的负载阻抗为无 穷大，则超前校正网络的其 传递函数为：
ur
C R2
uc
RC超前校正网络
Uc(s) Ur (s)