常用校正裝置及其特性

1、2022-3-191校正網(wǎng)絡(luò)分為校正網(wǎng)絡(luò)分為有源有源和和無(wú)源無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。校正網(wǎng)絡(luò)將引入一定的相移。根據(jù)引入的相移情況，可分為：校正網(wǎng)絡(luò)將引入一定的相移。根據(jù)引入的相移情況，可分為：超前校正網(wǎng)絡(luò)、滯后校正網(wǎng)絡(luò)、滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)、滯后校正網(wǎng)絡(luò)、滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)超前校正網(wǎng)絡(luò)。無(wú)源校正裝置無(wú)源校正裝置通常是由電阻和電容組成的二端口網(wǎng)絡(luò)通常是由電阻和電容組成的二端口網(wǎng)絡(luò) 無(wú)源校正裝置線路簡(jiǎn)單、組合方便、無(wú)需外供電源，但本身無(wú)源校正裝置線路簡(jiǎn)單、組合方便、無(wú)需外供電源，但本身沒(méi)有增益，只有衰減；且輸入阻抗低，輸出阻抗高，因此在沒(méi)有增益，只有衰減；且輸入阻抗低，輸出阻抗高，因此在應(yīng)用時(shí)要增設(shè)放大器或隔

2、離放大器。應(yīng)用時(shí)要增設(shè)放大器或隔離放大器。有源校正裝置有源校正裝置是由運(yùn)算放大器組成的調(diào)節(jié)器。是由運(yùn)算放大器組成的調(diào)節(jié)器。 有源校正裝置本身有增益，且輸入阻抗高，輸出阻抗低，所有源校正裝置本身有增益，且輸入阻抗高，輸出阻抗低，所以目前較多采用有源校正裝置。缺點(diǎn)是需另供電源。以目前較多采用有源校正裝置。缺點(diǎn)是需另供電源。 2022-3-192（1）無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)）無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)rucu1R2RC假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)信號(hào)源的阻抗很小，可以假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)信號(hào)源的阻抗很小，可以忽略不計(jì)，而輸出負(fù)載的阻抗為無(wú)窮忽略不計(jì)，而輸出負(fù)載的阻抗為無(wú)窮大，則其傳遞函數(shù)為大，則其傳遞函數(shù)為: :)/()()/()1 ()1

3、(111)()()(21212121122112121122122RRCsRRRRRRCsRRCsRRRRCsRRCsRRRRsCRRRsGsUsUcrc1221RRaR分度系數(shù)分度系數(shù)2121RRCRRT時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)TsaTsasGc111)(2022-3-193注：采用無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)注：采用無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益要下降增益要下降倍，倍，因此需要附加放大器增益以補(bǔ)償因此需要附加放大器增益以補(bǔ)償rucu1R2RCa帶有附加放大器的無(wú)源帶有附加放大器的無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)超前校正網(wǎng)絡(luò)TsaTssaGc11)(補(bǔ)償后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：補(bǔ)償后網(wǎng)絡(luò)的

4、傳遞函數(shù)為：TsaTsasGc111)(2022-3-194超前網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)分布超前網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)分布T1T10j1a由于由于故超前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)實(shí)零點(diǎn)總是位于負(fù)實(shí)極點(diǎn)故超前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)實(shí)零點(diǎn)總是位于負(fù)實(shí)極點(diǎn)之右，兩者之間的距離由常數(shù)之右，兩者之間的距離由常數(shù) 決定。決定。a可知改變可知改變a和和T(T(即電路的參數(shù)即電路的參數(shù)CRR,21超前網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)可在超前網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)可在s s平面的負(fù)實(shí)軸任意移動(dòng)。平面的負(fù)實(shí)軸任意移動(dòng)。) )的數(shù)值，的數(shù)值，TsaTssaGc11)(2022-3-195頻率特性曲線頻率特性曲線22( )20lg 1 ()20lg 1 ()LaTT( )carctgaTarctgT

5、 畫(huà)出對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示。畫(huà)出對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示。TsaTssaGc11)(2)(1) 1(TaTaarctg2022-3-19620dB/decdB090(度)20lgadBL( )T1mT1m)()(mTsaTssaGc11)(顯然，超前網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率在顯然，超前網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率在 之間的輸入信號(hào)有明顯之間的輸入信號(hào)有明顯的微分作用，在該頻率范圍內(nèi)輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角的微分作用，在該頻率范圍內(nèi)輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角超前，超前網(wǎng)絡(luò)的名稱(chēng)由此而得。超前，超前網(wǎng)絡(luò)的名稱(chēng)由此而得。TaT11至2(1)( )1()caTarctga T 求導(dǎo)并令其為零求導(dǎo)并令其為零求得最大超前角頻率求得最大超前

6、角頻率aTm12022-3-1972(1)( )1()caTarctga T aTm1最大超前角頻率最大超前角頻率11arcsin21aaaaarctgm在最大超前角頻率在最大超前角頻率m處具有最大超前角處具有最大超前角mm正好處于頻率正好處于頻率aT1與與T1的幾何中心的幾何中心TaT11與的幾何中心為的幾何中心為mmaTTaTlglg211lg21)1lg1(lg21222022-3-19810-210-11001010510152010-210-110010101020304050601,10Ta20dB/decaT1T1malg20alg10m2022-3-199 ma但但a a不能取

7、得太大不能取得太大( (為了保證較高的信噪比為了保證較高的信噪比),a),a一般不超過(guò)一般不超過(guò)2020。這。這種超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大相位超前角一般不大于種超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大相位超前角一般不大于65650 0，如果需要大，如果需要大于于65650 0的相位超前角，則要用兩個(gè)超前網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并在的相位超前角，則要用兩個(gè)超前網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并在所串聯(lián)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負(fù)所串聯(lián)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負(fù)載效應(yīng)。載效應(yīng)。 11arcsin21aaaaarctgm2022-3-191002468101214161820010203040506070

8、0246810121416182002468101214最大超前角及最大超前角處幅值與分度系數(shù)的關(guān)系曲線最大超前角及最大超前角處幅值與分度系數(shù)的關(guān)系曲線alg10malg10dBmoa2022-3-19112.2.無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)1Rrucu2RC如果信號(hào)源的內(nèi)部阻抗為零，負(fù)如果信號(hào)源的內(nèi)部阻抗為零，負(fù)載阻抗為無(wú)窮大，則滯后網(wǎng)絡(luò)的載阻抗為無(wú)窮大，則滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為sCRRsCRsGsUsUcrc11)()()(1221)(1212CsRRCsR1)(12122121CsRRCsRRRRRCRRT)(21時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)1212RRRb分度系數(shù)分度系數(shù)CRbT2TsbTss

9、Gc11)(2022-3-191210-1100101102-20-15-10-5010-1100101102-60-50-40-30-20-100無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)特性無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)特性1, 1 . 0Tb-20dB/decbT1T1mblg20m2022-3-1913滯后網(wǎng)絡(luò)在滯后網(wǎng)絡(luò)在T1時(shí)，對(duì)信號(hào)沒(méi)有衰減作用時(shí)，對(duì)信號(hào)沒(méi)有衰減作用bTT11時(shí)，對(duì)信號(hào)有積分作用，呈滯后特性時(shí)，對(duì)信號(hào)有積分作用，呈滯后特性bT1時(shí)，對(duì)信號(hào)衰減作用為時(shí)，對(duì)信號(hào)衰減作用為blg20最大滯后角，發(fā)生在最大滯后角，發(fā)生在bTT11與幾何中心，稱(chēng)為最大滯后角頻率幾何中心，稱(chēng)為最大滯后角頻率bTm1bbm11arcsin10

10、-1100101102-20-15-10-5010-1100101102-60-50-40-30-20-100T1bT1mblg20m2022-3-1914采用無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，主要采用無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，主要利用其高頻幅值利用其高頻幅值衰減的特性，以降低系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率，提高系統(tǒng)的相角衰減的特性，以降低系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率，提高系統(tǒng)的相角裕度裕度。滯后網(wǎng)絡(luò)怎么能提高系統(tǒng)的相角裕度呢？。滯后網(wǎng)絡(luò)怎么能提高系統(tǒng)的相角裕度呢？在設(shè)計(jì)中力求避免最大滯后角發(fā)生在已校系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率在設(shè)計(jì)中力求避免最大滯后角發(fā)生在已校系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率 c附近。選擇滯后網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，通常使網(wǎng)絡(luò)的交接頻率附

11、近。選擇滯后網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，通常使網(wǎng)絡(luò)的交接頻率bT1遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于 c一般取一般取101 cbT此時(shí)，滯后網(wǎng)絡(luò)在此時(shí)，滯后網(wǎng)絡(luò)在 c處產(chǎn)生的相角滯后按下式確定（兩角和的三角函數(shù)公式）處產(chǎn)生的相角滯后按下式確定（兩角和的三角函數(shù)公式）2 )(1) 1()(ccccccTbTbarctgTarctgbT將將bTc10 代入上式代入上式)1( 1 . 0100) 1(10)10(110) 1()(2 barctgbbarctgbbbbarctgcc2022-3-1915-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.20-40-200-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8

12、-0.6-0.4-0.20-10-50b與與)( cc和和20lgb的關(guān)系的關(guān)系b0.010.1120lgb)( cc6100dB2022-3-19163.無(wú)源滯后無(wú)源滯后-超前網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò)1Rrucu2R1C2C傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為:2211221111)()()(sCRsCRsCRsUsUsGrcc1)() 1)(1(212211222112211sCRCRCRsCRCRsCRsCR) 1)(1() 1)(1(21sTsTsTsTba11CRTa22CRTb設(shè)設(shè)aTT 1aTTTTba1212022-3-19171a則有當(dāng)則有當(dāng) 時(shí)時(shí)aaTT 1aTTb221CRTTaTaTbaba(1)

13、(1)( )(1)(1)abcbaT sT sG sTaT ssa那么，系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅相頻率特性如圖：系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅相頻率特性如圖：2022-3-191810-210-1100101102103-20-15-10-5010-210-1100101102103-60-40-200204060無(wú)源滯后無(wú)源滯后-超前網(wǎng)絡(luò)頻率特性超前網(wǎng)絡(luò)頻率特性aaabbadB)()(L1) 1)(1() 1)(1()(jaTjaTjTjTsGbabac2022-3-1919看出：看出：1、對(duì)數(shù)幅頻特效曲線為倒梯形、對(duì)數(shù)幅頻特效曲線為倒梯形 2、對(duì)數(shù)相頻特性為近似正弦，存在一個(gè)相、對(duì)數(shù)相頻特性為近似正弦，存在一個(gè)相角為零

14、的角頻率角為零的角頻率1求相角為零時(shí)的角頻率求相角為零時(shí)的角頻率10)(11111aTarctgarctgaTarctgTarctgTbaba01)(1)(211211aTaTaTaTarctgTTTTarctgbabababa121baTT baTT112022-3-1920 常用無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)特性圖見(jiàn)常用無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)特性圖見(jiàn)P2172022-3-19212. 有源校正網(wǎng)絡(luò)有源校正網(wǎng)絡(luò) 無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)有以下幾個(gè)不足之處無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)有以下幾個(gè)不足之處: （1）穩(wěn)態(tài)增益小于等于）穩(wěn)態(tài)增益小于等于1; （2）實(shí)際控制系統(tǒng)中廣泛采用無(wú)源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正，但在放實(shí)際控制系統(tǒng)中廣泛采用無(wú)源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正，

15、但在放大器級(jí)間接入無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)后，由于負(fù)載效應(yīng)問(wèn)題，有時(shí)難大器級(jí)間接入無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)后，由于負(fù)載效應(yīng)問(wèn)題，有時(shí)難以實(shí)現(xiàn)希望的規(guī)律。即以實(shí)現(xiàn)希望的規(guī)律。即級(jí)間聯(lián)接必須考慮負(fù)載效應(yīng)級(jí)間聯(lián)接必須考慮負(fù)載效應(yīng); （3）當(dāng)所需校正功能較為復(fù)雜時(shí)）當(dāng)所需校正功能較為復(fù)雜時(shí), 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整很不網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整很不方便方便. 由于上述不足由于上述不足, 實(shí)際中常用阻容電路和線性集成運(yùn)放的組實(shí)際中常用阻容電路和線性集成運(yùn)放的組合構(gòu)成有源校正裝置合構(gòu)成有源校正裝置. 為討論問(wèn)題方便起見(jiàn)為討論問(wèn)題方便起見(jiàn), 均認(rèn)為運(yùn)算放均認(rèn)為運(yùn)算放大器是理想的大器是理想的, 即其開(kāi)環(huán)增益無(wú)窮大即其開(kāi)環(huán)增益無(wú)窮大, 輸入阻抗無(wú)窮大輸入阻抗無(wú)窮大, 輸出阻抗等于零輸出阻抗等于零.2022-3-1922反向端輸入的反向端輸入的有源調(diào)節(jié)器有源調(diào)節(jié)器 反向端輸入有源調(diào)節(jié)器的電路如下圖反向端輸入有源調(diào)節(jié)器的電路如下圖:1u2u2Z0R1Z圖中圖中:1Z是輸入阻容網(wǎng)絡(luò)的等