最新06控制系统的校正

R(s)
-
E(s) Kp(1T1is) M(s) C(s)
m(t)Kpe(t)K Tip
t
e(t)dt
0
(6-15)
PI控制器
输出信号 m(t) 同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。
Kp
为可调比例系数
Ti
为可调积分时间系数
开环极点，提高型别，减小稳态误差。 右半平面的开环零点，提高系统的阻尼程度，缓和PI极点对系 统产生的不利影响。只要积分时间常数 T i
ur
a R1 R2 R2
分度系数
Gc(s)1a11aTTss (6-18)
R1 C R2
a
uc
图6-9带有附加放大器 的无源超前校正网络
注：j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
因此需要提高放大器增益加以补偿 此时的传递函数
aGc(s)
1aTs 1Ts
(6-19)
19
j
06控制系统的校正
第六章 控制系统的校正
Design and Compensation Techniques
前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基 本方法，就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。
本章讨论另一命题，即如何根据系统预先给定的性能 指标，去设计一个能满足性能要求的控制系统。
基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组 成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制 器的设计，这项工作称为对控制系统的校正。
在性能指标要求较高的控制系统中，常常兼用串 联校正和反馈校正
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6.1.4基本控制规律 （1）比例（P）控制规律
m(t)Kpe(t) (6-12)
r(t)
e(t)
m(t)
Kp
- c(t)
提高系统开环增益，减小系统稳
（a）P控制器
态误差，但会降低系统的相对稳
定性。 （2）比例-微分（PD）控制规律
R(s)
I 积分发生在低频段，稳态性能(提高) D微分发生在高频段，动态性能(改善)
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6.2 常用校正装置及其特性
无源校正网络 有源校正网络 1.无源超前校正
超前校正 滞后校正 滞后超前校正
一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态 性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使 能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下， 需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在 开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设 计的要求。
Gc(s)Kp(1T1iss)
Kp (Tis2 Tis1)
Ti
s
Kp (1s1)(2s1)
Ti
s
1 12Ti(1
14 )
Ti
(6-17)
如果 4 Ti 1
2
1 2Ti
(1
14 )
Ti
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两个 零点
Gc(s)K Tip(1s1)s(2s1)
一个 极点
增加一个极点，提高型别，稳态性能 两个负实零点，动态性能比PI更具优越性
系统动态性能的改善。
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（3）积分（I）控制规律
具有积分（I）控制规律的控制器， 称为I控制器。
R(s)
E(s) Ki
- C(s) s
M(s)
t
m(t)Ki
e(t)dt
0
(6-14)
I控制器
输出信号 m(t) 与其输入信号的积分成比例。
K i 为可调比例系数 当 e(t ) 消失后，输出信号 m(t)
1 sC
R2
R2
1
R1 sR1C
分度系数 a R1 R2
R2
R2 R1R1R2Cs
R2(1R1C)/sR (1R2)
T
R1R2C R1 R2
时间常数
aTR1C
(R1R2R1R2C)/sR (1R2)
Gc(s)
11aTs a 1Ts
(6-18)
18
T R1R2C 时间常数 aTR1C
R1 R2
前馈校正
R(s)+ E(s)
复合校正
-
N(s)
Gn(s)
+-
C(s)
G1(s)
G2(s)
图3-26 按扰动补偿的复合控制系统
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Gc(s)
N(s)
E(s)
C(s)
R(s)
G1((ss))
G2(s(s))
H(s)
(b) 按输入补偿的复合控制
串联校正 串联校正装置 有源 参数可调整
反馈校正 不需要放大器，可消除系统原有部分参数波动对 系统性能的影响
-
E(s)
M(s)
Kp(1s)
C(s)
m(t)Kpe(t)Kpdd(et)t (6-13)
(b) PD控制器
PD控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化趋
势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，
从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一
个 1 的开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于
足够大，PI控制器对系统的不利影响可大为减小。
PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
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（5）比例（PID）控制规律
具有比例-积分-微分控制规律的 控制器，称为PID控制器。
R(s)
-
E(s) C(s)
Kp(1T1iss)
M(s)
PID控制器
m (t)K pe(t)K T ip0 te(t)d tK pdd (te )t (6-16)
超前网络的零极点分布
由于 a 1
1 1
0
T T
故超前网络的负实零点总是位于负实极点
之右，两者之间的距离由常数 a 决定。
可知改变 a 和T(即电路的参数 R1,R2,C)的数值，
超前网络的零极点可在s平面的负实轴任意移动。
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对应式(6-19)得
有可能是一个不为零的常量。
在串联校正中，采用I控制器可以提高系统的型别 （无差度），有利提高系统稳态性能，但积分控 制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生
90 的相角滞后，于系统的稳定不利。
不宜采用单一的I控制器。
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（4）比例-积分（PI）控制规律
具有积分比例-积分控制规律 的控制器，称为PI控制器。
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串联校正
R(s) E(s) Gc((ss))
C(s) Go(s)
H(s)
校正装置
校
正
反馈校正
方
式
R(s)
E(s)
Go (s)
C(s)
前馈校正 复合校正
校正装 置
Gc (s) H (s)
9
R(s) Gc(s)
E(s)
C(s)
G(s)
H(s)
Gc (s)
N(s)
C(s) G(s)
(a)前馈校正（对给定值处理） (b)前馈校正（对扰动的补偿）
先讨论超前校正网络的特性，而后介绍基于频率响应法
的超前校正装置的设计过程。
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R1
(a)
(b)
j
ur
C R2
uc
图6-8无源超前网络
1 1
0
T T
假设该网络信号源的阻抗很小，可以忽略不计，
而输出负载的阻抗为无穷大，则其传递函数为
Uc(s) Ur (s)
Gc(s)
R2(1R1Cs)
R2
Leabharlann BaiduR2
1 R1