第六章-自动控制系统的校正分析教学教材
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• 有些要求比较高的系统还采用多个串联校 正装置，形成多环系统。
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
三、校正方法
• 频率法 利用校正装置，改变固有系统的频率特性，使其 在低频、中频、高频段可以满足设计要求。多采 用伯特图进行设计，比较方便，但需要试探几次。
• 根轨迹法 利用校正装置的零极点，改变固有系统的跟轨迹， 使校正后的系统的根轨迹经过期望的位置，以达 到期望的响应指标
为方便起见，将引入校正装置之前的控制器和被
控对象称为系统的固有部分Go(s), 而为校正系统性能
而有目的地引入的装置，称为校正装置或补偿装置
Gc(s)
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
二、校正的类型
校正装置的连接类型
串联校正 反馈校正 复合校正（串联+前馈补偿）
校正相位的类型
超前校正 滞后校正
串联前系统的最大超调量为35%，调整时间约为9s。 串联后系统的最大超调量为20%，调整时间约为3s。
可见串联一个特意设计的环节，使系统的最大超 调量减小，响应速度加快。
从频率特性分析，可得到相同结论，且可看出 时域特性和频域特性的一一对应关系。
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
2020/7/2
电气元件组成 校正装置的类型
无源校正装置 有源校正装置
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
串联校正：校正装置串于原有部分Go中，其校正装置常用RC 网络或有源校正网络。
R(S) + -
G (S) C
C(S)
G (S) O
H (S )
反馈校正：校正装置接在系统的局部反馈通路中。一般不
采用有源器件。有时用局部反馈的目的是改善某些环节的
特性，抑制其波动及非线性。
R(S) + -
G (S) 1
+ -
G (S) 2
C(S)
2020/7/2
第6章 自H动控(S制)系统的校正
G (S) C
前馈补偿：
2020/7/2
按扰动前馈补偿的系统
第6章 自动控制系统的校正
• 在要求较高的系统中，往往同时采用串联 校正和反馈校正
• 对于输入变化比较复杂或扰动的规律已知 时，往往采用复合控制
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
二个转折频率５和５0相距十倍频程，50时，
转折频率为５的惯性环节相角已达－９０°，而
5时，转折频率为５０的惯性环节相角几乎为
０，所以有
5,()9045135
5,0 ()18 045225
这几点确定后可作相频特性曲
线，相频曲线和－１８０°线相
交处的频率可从图上确定为
• 计算机辅助设计 可以实现更高性能的系统设计（优化、鲁棒等）
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
四、校正方案选择
• 提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元 件、放大器等。
• 串联校正简单，一般放在能量较低的位置，因 此可选无源和有源校正装置
• 反馈校正信号由高功率点传到低功率点，通常 采用无源器件。
第六章-自动控制系统的校正分 析
控制系统可以分为控制对象与控制器两大部分。 控制对象是系统的不可变部分，它的传递函数是 确定的。在许多情况下，仅仅靠调整系统不可变 部分的增益，不能同时满足给定的各项性能指标。
当调整系统的参数不能满足系统的各项性能指标要 求时，就要在系统中附加一些装置，改变系统的结构， 从而改变系统的性能，使之满足工程要求，这种措施 我们称之为系统的校正。
频特性在ωc 附近发生改变。利用其相角超前的特点，
使系统的相角裕量增大，达到满足给定性能指标的
目的．
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
五、校正的作用 一系统的框图如下
R(S) + -
G (S) C
C(S)
G (S) O
H (S )
已知
5 Go(s)s(s1)(s4)
，
Gc(s)5.(9s4(s4.91.5)2)
串联前系统Bode图
第6章 自动控制系统的校正
• 复合控制一般用于既要求稳态误差小，又要求 暂态响应快速平稳的系统。
• 能够满足性能指标的校正方案不唯一。
• 要从技术性能、经济指标、可靠性等方面进行 全面比较，权衡利弊，得到方案。
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
下面举一个例子说明校正的作用。 设系统的开环传递函数为
G(s)H(s)
10
这样做虽然相角裕量达到了要求，但稳态性能指 标不能满足要求，因为开环增益Ｋ下降了．所以必 须采用校正装置，对系统进行校正．
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
我们采用串联校正 方式，对于这个系 统，目的是使其开 环增益保持不变， 而相角裕量增大。
如果采用一个校正装置，其对数幅频特性和相频
特性如图虚线所示．将其串联进去，幅频特性和相
，
H(s) 1，分析系统串联Gc(s)前、后的时域性能 和频域性能。
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
系统串联了环节Gc(s)后，开环传递函数为
G(s) 2.9 7(s1.2) s(s1)s(4)s(4.9)5
串联前的单位阶跃响应 串联后的单位阶跃响应
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
s(10.0s2 )1(0.2s)
பைடு நூலகம்
首先分析一下未校正系统的性能 稳态误差：有一个积分环节，是I型系统．
开环增益 K1， 0 稳态速K 度 v1 误 0差 而 Kp, Ka0
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
稳定裕量：作伯德图
G(s)H(s)
10
s(10.0s2 )1(0.2s)
转折频率 ５弧度／秒， 1 50 弧度／秒 0.02
g 16rad/s
如果验证一下，可得
(g)18.309
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
从伯德图可确定系 统的稳定裕量
15218028 c 7 Ｇ Ｍ15dB g 16
希望系统的相角裕量 400
在这种情况下，通过调整系统的增益，将对数幅频 特性下向平移，使其在相角φ(ω)=-1400 处L (ω) 与ω 轴相交．可以使γ≥400，
1 时L (， )2l01 g 02d0B
横轴的起点坐标选1，取2个十倍频程。
作对数幅频特性渐近线．可确定 c 7ra/ds
作相频特性．
(c) 90 ta 1n 0.0 2 cta 1n 0.2 c
90 ta 1n 0.0 2 7ta 1n 0.27 15 2
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
三、校正方法
• 频率法 利用校正装置，改变固有系统的频率特性，使其 在低频、中频、高频段可以满足设计要求。多采 用伯特图进行设计，比较方便，但需要试探几次。
• 根轨迹法 利用校正装置的零极点，改变固有系统的跟轨迹， 使校正后的系统的根轨迹经过期望的位置，以达 到期望的响应指标
为方便起见，将引入校正装置之前的控制器和被
控对象称为系统的固有部分Go(s), 而为校正系统性能
而有目的地引入的装置，称为校正装置或补偿装置
Gc(s)
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
二、校正的类型
校正装置的连接类型
串联校正 反馈校正 复合校正（串联+前馈补偿）
校正相位的类型
超前校正 滞后校正
串联前系统的最大超调量为35%，调整时间约为9s。 串联后系统的最大超调量为20%，调整时间约为3s。
可见串联一个特意设计的环节，使系统的最大超 调量减小，响应速度加快。
从频率特性分析，可得到相同结论，且可看出 时域特性和频域特性的一一对应关系。
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
2020/7/2
电气元件组成 校正装置的类型
无源校正装置 有源校正装置
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
串联校正：校正装置串于原有部分Go中，其校正装置常用RC 网络或有源校正网络。
R(S) + -
G (S) C
C(S)
G (S) O
H (S )
反馈校正：校正装置接在系统的局部反馈通路中。一般不
采用有源器件。有时用局部反馈的目的是改善某些环节的
特性，抑制其波动及非线性。
R(S) + -
G (S) 1
+ -
G (S) 2
C(S)
2020/7/2
第6章 自H动控(S制)系统的校正
G (S) C
前馈补偿：
2020/7/2
按扰动前馈补偿的系统
第6章 自动控制系统的校正
• 在要求较高的系统中，往往同时采用串联 校正和反馈校正
• 对于输入变化比较复杂或扰动的规律已知 时，往往采用复合控制
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
二个转折频率５和５0相距十倍频程，50时，
转折频率为５的惯性环节相角已达－９０°，而
5时，转折频率为５０的惯性环节相角几乎为
０，所以有
5,()9045135
5,0 ()18 045225
这几点确定后可作相频特性曲
线，相频曲线和－１８０°线相
交处的频率可从图上确定为
• 计算机辅助设计 可以实现更高性能的系统设计（优化、鲁棒等）
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
四、校正方案选择
• 提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元 件、放大器等。
• 串联校正简单，一般放在能量较低的位置，因 此可选无源和有源校正装置
• 反馈校正信号由高功率点传到低功率点，通常 采用无源器件。
第六章-自动控制系统的校正分 析
控制系统可以分为控制对象与控制器两大部分。 控制对象是系统的不可变部分，它的传递函数是 确定的。在许多情况下，仅仅靠调整系统不可变 部分的增益，不能同时满足给定的各项性能指标。
当调整系统的参数不能满足系统的各项性能指标要 求时，就要在系统中附加一些装置，改变系统的结构， 从而改变系统的性能，使之满足工程要求，这种措施 我们称之为系统的校正。
频特性在ωc 附近发生改变。利用其相角超前的特点，
使系统的相角裕量增大，达到满足给定性能指标的
目的．
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
五、校正的作用 一系统的框图如下
R(S) + -
G (S) C
C(S)
G (S) O
H (S )
已知
5 Go(s)s(s1)(s4)
，
Gc(s)5.(9s4(s4.91.5)2)
串联前系统Bode图
第6章 自动控制系统的校正
• 复合控制一般用于既要求稳态误差小，又要求 暂态响应快速平稳的系统。
• 能够满足性能指标的校正方案不唯一。
• 要从技术性能、经济指标、可靠性等方面进行 全面比较，权衡利弊，得到方案。
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
下面举一个例子说明校正的作用。 设系统的开环传递函数为
G(s)H(s)
10
这样做虽然相角裕量达到了要求，但稳态性能指 标不能满足要求，因为开环增益Ｋ下降了．所以必 须采用校正装置，对系统进行校正．
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
我们采用串联校正 方式，对于这个系 统，目的是使其开 环增益保持不变， 而相角裕量增大。
如果采用一个校正装置，其对数幅频特性和相频
特性如图虚线所示．将其串联进去，幅频特性和相
，
H(s) 1，分析系统串联Gc(s)前、后的时域性能 和频域性能。
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
系统串联了环节Gc(s)后，开环传递函数为
G(s) 2.9 7(s1.2) s(s1)s(4)s(4.9)5
串联前的单位阶跃响应 串联后的单位阶跃响应
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
s(10.0s2 )1(0.2s)
பைடு நூலகம்
首先分析一下未校正系统的性能 稳态误差：有一个积分环节，是I型系统．
开环增益 K1， 0 稳态速K 度 v1 误 0差 而 Kp, Ka0
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
稳定裕量：作伯德图
G(s)H(s)
10
s(10.0s2 )1(0.2s)
转折频率 ５弧度／秒， 1 50 弧度／秒 0.02
g 16rad/s
如果验证一下，可得
(g)18.309
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正
从伯德图可确定系 统的稳定裕量
15218028 c 7 Ｇ Ｍ15dB g 16
希望系统的相角裕量 400
在这种情况下，通过调整系统的增益，将对数幅频 特性下向平移，使其在相角φ(ω)=-1400 处L (ω) 与ω 轴相交．可以使γ≥400，
1 时L (， )2l01 g 02d0B
横轴的起点坐标选1，取2个十倍频程。
作对数幅频特性渐近线．可确定 c 7ra/ds
作相频特性．
(c) 90 ta 1n 0.0 2 cta 1n 0.2 c
90 ta 1n 0.0 2 7ta 1n 0.27 15 2
2020/7/2
第6章 自动控制系统的校正