自動(dòng)控制原理第六章線性系統(tǒng)的校正方法

1、 第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正方法線性系統(tǒng)的校正方法6.1 6.1 系統(tǒng)校正的一般概念系統(tǒng)校正的一般概念6.2 6.2 頻率法串聯(lián)校正頻率法串聯(lián)校正6.3 6.3 頻率法反饋校正頻率法反饋校正6.4 6.4 控制系統(tǒng)的復(fù)合校正控制系統(tǒng)的復(fù)合校正 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)迫使系統(tǒng)滿足性能要求迫使系統(tǒng)滿足性能要求( (設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)) )p系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成p常用校正方法：常用校正方法：串聯(lián)校正、反饋校正、串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正、前饋校正、復(fù)合校正復(fù)合校正p控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)校正校正( (補(bǔ)償補(bǔ)償) )：改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)中增加改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)中增加附加裝置附加裝置，對(duì)原

2、系統(tǒng)對(duì)原系統(tǒng)（固有部分）再設(shè)計(jì)使之滿足性能要求。（固有部分）再設(shè)計(jì)使之滿足性能要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本質(zhì)是確定合適的校正裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本質(zhì)是確定合適的校正裝置6.1 6.1 系統(tǒng)校正的一般概念系統(tǒng)校正的一般概念不可變部分不可變部分可變部分可變部分放大器、校正裝置放大器、校正裝置被控對(duì)象被控對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測裝置檢測裝置校正裝置校正裝置 p穩(wěn)態(tài)精度穩(wěn)態(tài)精度 穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差e essssp過渡過程響應(yīng)特性過渡過程響應(yīng)特性頻域：諧振峰值頻域：諧振峰值M Mr r、截止頻率截止頻率c c、相角裕度相角裕度 諧振頻率諧振頻率r r、帶寬帶寬頻率頻率b bp相對(duì)穩(wěn)定性相對(duì)穩(wěn)定性 幅值裕度幅值裕度K Kg

3、 g、相位裕度相位裕度 ( ( c c) )p擾動(dòng)的抑制擾動(dòng)的抑制 帶寬帶寬頻率頻率b b6.1.1 6.1.1 性能指標(biāo)性能指標(biāo)時(shí)域：峰值時(shí)間時(shí)域：峰值時(shí)間t tp p、超調(diào)量超調(diào)量 、調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間t ts s% 6.1.2 6.1.2 系統(tǒng)帶寬的選擇系統(tǒng)帶寬的選擇p如圖示典型閉環(huán)幅頻特性曲線如圖示典型閉環(huán)幅頻特性曲線)(j低頻變化緩慢，頻率到低頻變化緩慢，頻率到某數(shù)值時(shí)，出現(xiàn)諧振某數(shù)值時(shí)，出現(xiàn)諧振（1 1）始值）始值 表征系統(tǒng)無差度表征系統(tǒng)無差度, , 即低頻段反映系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能。即低頻段反映系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能。0)()0(p帶寬大可以復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)；帶寬過大則引入噪聲。帶寬大可以復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)；

4、帶寬過大則引入噪聲。p從穩(wěn)定裕度考慮，從穩(wěn)定裕度考慮， 處的斜率為處的斜率為 ，考慮較強(qiáng)的信噪比時(shí)，考慮較強(qiáng)的信噪比時(shí)， 處的處的斜率小于斜率小于 , ,不同不同 對(duì)應(yīng)不同的對(duì)應(yīng)不同的 ，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須選擇切合實(shí)際，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須選擇切合實(shí)際的帶寬。的帶寬。cdecdB/20cdecdB/40cbp通常通常=45=45o o左右。開環(huán)中頻區(qū)的斜率為左右。開環(huán)中頻區(qū)的斜率為-20dB/dec-20dB/dec，同時(shí)中頻區(qū)占據(jù)一，同時(shí)中頻區(qū)占據(jù)一定的頻率范圍，以確保系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)，相角裕度變化不大。定的頻率范圍，以確保系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)，相角裕度變化不大。p過了中頻區(qū)，要求幅頻特性迅速衰減，以削弱

5、噪聲，這是系統(tǒng)帶寬應(yīng)過了中頻區(qū)，要求幅頻特性迅速衰減，以削弱噪聲，這是系統(tǒng)帶寬應(yīng)考慮的一個(gè)方面?？紤]的一個(gè)方面。（2 2） 表征系統(tǒng)的振蕩指標(biāo)，表征系統(tǒng)的振蕩指標(biāo)， 越越大，大， 越大。一般越大。一般 ， )0(maxrM5 . 12 . 1rM%30%20pp高頻迅速衰減高頻迅速衰減（3 3） 和和 表征系統(tǒng)的快速性，表征系統(tǒng)的快速性， 和和 的值越大，的值越大， 越小。越小。 介于介于 和和 之間，之間，也可用也可用 衡量系統(tǒng)的快速性。衡量系統(tǒng)的快速性。rbrbstccbr p進(jìn)入系統(tǒng)的信號(hào)既有進(jìn)入系統(tǒng)的信號(hào)既有r(tr(t) )，又有噪聲信號(hào)，又有噪聲信號(hào)n(tn(t) )，如果，如果r

6、(tr(t) )的帶寬的帶寬 , ,n(t)的帶寬的帶寬 , ,則則 , ,且使且使 處于處于 之外。如圖示，帶寬能盡量復(fù)現(xiàn)之外。如圖示，帶寬能盡量復(fù)現(xiàn)r(t)且抑制且抑制n(t) 。m0n1mb)105(n1m0nm10)R(jN(j)Mr(0)0.7.7Mr(0) m bnm10)R(jN(j )b Mr(0)0.7.7Mr(0)00 6.1.3 6.1.3 校正方式校正方式p四種校正方式：四種校正方式：串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正、復(fù)合校正串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正、復(fù)合校正串聯(lián)校正串聯(lián)校正前饋校正是在主反饋前饋校正是在主反饋之外的校正方式。之外的校正方式。擾動(dòng)影響的擾動(dòng)影響的補(bǔ)償?shù)耐?/p>

7、道補(bǔ)償?shù)耐ǖ澜o定整形濾波后，給定整形濾波后，送入反饋系統(tǒng)送入反饋系統(tǒng)串聯(lián)校正串聯(lián)校正控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象GO(s)反饋校正反饋校正)(sR)(sE)(sC前饋校正前饋校正Gr(s)控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象GO(s)(sR)(sC前饋校正前饋校正Gn(s)控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象GO(s)(sN)(sC反饋校正反饋校正 復(fù)合校正復(fù)合校正p校正方式選擇考慮的因素：信號(hào)性質(zhì)；技術(shù)方便程度；供應(yīng)的元件；其它要校正方式選擇考慮的因素：信號(hào)性質(zhì)；技術(shù)方便程度；供應(yīng)的元件；其它要求（抗干擾、環(huán)境適應(yīng)性求（抗干擾、環(huán)境適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性）。經(jīng)濟(jì)性）。p串聯(lián)校正：設(shè)計(jì)簡單，容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換，但需注

8、意負(fù)載效應(yīng)的影響；串聯(lián)校正：設(shè)計(jì)簡單，容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換，但需注意負(fù)載效應(yīng)的影響；p反饋校正：可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響，元件數(shù)也較少；反饋校正：可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響，元件數(shù)也較少；p同時(shí)采用串、并聯(lián)校正：性能指標(biāo)要求較高的系統(tǒng)。同時(shí)采用串、并聯(lián)校正：性能指標(biāo)要求較高的系統(tǒng)。前饋校正前饋校正Gn(s)控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象GO(s)(sR)(sC)(sN前饋校正前饋校正Gr(s)控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象GO(s)(sR)(sC按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制 p對(duì)偏差信號(hào)對(duì)偏差信號(hào)e e(t)(t)進(jìn)行比例、積分和微分

9、運(yùn)算后形成的控進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算后形成的控制規(guī)律。制規(guī)律。比例控制（比例控制（P P）ProportionalProportional微分控制（微分控制（D D）積分控制（積分控制（I I）IntegralIntegralDerivativeDerivative基本控制規(guī)律基本控制規(guī)律pP P、PIPI、PD PD 或或PID PID 控制控制 適用于數(shù)學(xué)模型已知或數(shù)學(xué)模型難確定的系統(tǒng)；適用于數(shù)學(xué)模型已知或數(shù)學(xué)模型難確定的系統(tǒng)； PID PID 控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活6.1.4 6.1.4 基本控制規(guī)律基本控制規(guī)律 一、比例控制（一、比例控制（P P）( )

10、( )( )cpM sG sKE spcKjG)(pcKLlg20)(0)(cp比例控制器是增益可調(diào)的放大器比例控制器是增益可調(diào)的放大器p增大增大K Kp p，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，但又降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，但又降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成閉環(huán)不穩(wěn)定。因此，單獨(dú)使用比例控制規(guī)律較甚至造成閉環(huán)不穩(wěn)定。因此，單獨(dú)使用比例控制規(guī)律較少。少。KPG (s)(sR)(sCH (s)(sE)(sMKP)(sR)(sE)(sM sGc 對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反。對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反。KpKp11開環(huán)增益開環(huán)增益K K加大，加大，e essss減??；減小； 增大，增大， 縮短；穩(wěn)定程度變差。縮

11、短；穩(wěn)定程度變差。原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才用比例控制。原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才用比例控制。KpKp11cst ( )( )(1)( )cpM sG sKsE s()(1)cpGjKj22( )20lg20lg 1cpLK 1( )ctg 二、比例微分（二、比例微分（PDPD）控制控制dttdeKteKtmpp)()()()(sR)(sE)(sMsKP1p預(yù)先作用預(yù)先作用抑制階躍響應(yīng)抑制階躍響應(yīng) ，縮短縮短 ，降低抗高頻干擾能力。，降低抗高頻干擾能力。st%p11轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率 sGc p相位裕量增加，穩(wěn)定相位裕量增加，穩(wěn)定性提高；性提高；p c c增大，快速性提高增大，快速性提高pK Kp

12、p1 1時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能沒有變化。性能沒有變化。p高頻段增益上升，導(dǎo)高頻段增益上升，導(dǎo)致執(zhí)行元件輸出飽和，致執(zhí)行元件輸出飽和，降低抗干擾的能力；降低抗干擾的能力；pPDPD控制引入微分作用控制引入微分作用改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能G (s)(sR)(sCH (s)(sE)(sMsKP1 三、比例積分（三、比例積分（PIPI）控制控制p調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)T Ti i 影響積分控制；影響積分控制； 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)K Kp p影響比例和積分部分。影響比例和積分部分。(1)( )( )( )ppicpiiKKTsM sG sKE sTsTsp存在積分環(huán)節(jié)，存在積分環(huán)節(jié)，PIPI控制器有記憶功能。

13、控制器有記憶功能。tippdtteTKteKtm0)()()(iipcjTjTKjG1)(22( )20lg20lg 120cpiiLKTgT90)(1icTtg轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率 1 1=1=1/ /T Ti ip一個(gè)積分環(huán)節(jié)一個(gè)積分環(huán)節(jié) 提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度（系統(tǒng)型別提高）提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度（系統(tǒng)型別提高）一個(gè)開環(huán)零點(diǎn)彌補(bǔ)積分環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響一個(gè)開環(huán)零點(diǎn)彌補(bǔ)積分環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響)(sR)(sC)(sE)(sMsTKiP11 sGc KpKp1 1p系統(tǒng)型別提系統(tǒng)型別提高，穩(wěn)態(tài)誤差高，穩(wěn)態(tài)誤差減小。減小。p相角裕量減相角裕量減 小，穩(wěn)定程度小，穩(wěn)定程度變差。變差。G (s)(

14、sR)(sCH (s)(sE)(sMsTsTKiip1 KpKp11p型別提高，型別提高，e essss減小減小, ,改改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能;p從不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定；從不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定；p c c減小，快速性變差減小，快速性變差; ;p引入引入比例作用調(diào)節(jié)積分產(chǎn)比例作用調(diào)節(jié)積分產(chǎn)生的相角滯后對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性生的相角滯后對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性所的不利影響。所的不利影響。p ，引入引入PIPI控制器后，相位滯后控制器后，相位滯后增加，因此，通過增加，因此，通過PIPI控制器控制器改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須K Kp p 1 1，以降低穿越頻率。以降低穿越頻率。090)(1icTtgG (s)

15、(sR)(sCH (s)(sE)(sMsTsTKiip1 四、（四、（PIDPID）控制規(guī)律）控制規(guī)律dttdeKdtteTKteKtmdptipp)()()()(0KpKp1 1211()1iidciijGjjjTj 11,idiTiidicLlg20)1 (lg20)(2222901)(21diictgsTsTsTssTsEsMsGdic221) 11)(11(11)()()()(sR)(sE)(sMssTKdiP11增加兩個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)零點(diǎn)增加兩個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)零點(diǎn) sGcssTsTTKssTKsEsMsGidiipdipc111)()()(2 低頻段，通過積分控制作用低頻段，通過積分控制作用, ,改

16、善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；中頻段，通過微分控制作用中頻段，通過微分控制作用, , 提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。)( ,lg20)( , 0)( ,lg20)(dddiiicL)( ,90)( ,0)0( ,90)(dic近似有：近似有：p通常通常PIDPID控制器中控制器中 i i ） 校正裝置校正裝置無源校無源校正裝置正裝置有源校有源校正裝置正裝置無相移校正裝置無相移校正裝置相位超前校正裝置相位超前校正裝置相位滯后校正裝置相位滯后校正裝置相位滯后相位滯后超前校正裝置超前校正裝置無相移校正裝置無相移校正裝置相位超前校正裝置相位超前校正裝置相位滯后校正裝置相位滯后校正裝置

17、相位滯后相位滯后超前校正裝置超前校正裝置6.2 6.2 頻率法串聯(lián)校正頻率法串聯(lián)校正 p這兩種方法僅適用于最小相位系統(tǒng)；這兩種方法僅適用于最小相位系統(tǒng)；p頻域法設(shè)計(jì)系統(tǒng)，頻域法設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)上設(shè)計(jì)。上設(shè)計(jì)。低頻段增益足夠大，以保證穩(wěn)態(tài)誤差要求；低頻段增益足夠大，以保證穩(wěn)態(tài)誤差要求； 中頻段斜率為中頻段斜率為 ，并占據(jù)較寬的頻帶，保證，并占據(jù)較寬的頻帶，保證適當(dāng)?shù)南嘟窃６?；適當(dāng)?shù)南嘟窃６龋桓哳l段增益盡快減小，以削弱噪聲影響，高頻段增益盡快減小，以削弱噪聲影響，decdB/20p校正裝置設(shè)計(jì)方法校正裝置設(shè)計(jì)方法分析法分析法(試探法試探法):直觀，物理上易于實(shí)現(xiàn)直觀，物理上易于實(shí)

18、現(xiàn),工程界多采用工程界多采用此法此法;綜合法綜合法(期望特性法期望特性法):有廣泛的理論意義有廣泛的理論意義,希望的校正裝希望的校正裝置傳遞函數(shù)可能很復(fù)雜，物理上難實(shí)現(xiàn)；置傳遞函數(shù)可能很復(fù)雜，物理上難實(shí)現(xiàn)； 1( )1caTsG sTs傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1221RRRa6.2.1 6.2.1 串聯(lián)超前校正串聯(lián)超前校正低頻段低頻段:A(:A()=1(0dB)=1(0dB)CRRRRT2121轉(zhuǎn)折頻率：轉(zhuǎn)折頻率：arctgTTarctgc)(221) 1(TTarctg=0=0o0oLc()0dB0o1/aT1/Tmm10lga20lga設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)關(guān)鍵思路：讓關(guān)鍵思路：讓0alg10)(Lc0 斜斜

19、率：率：+20001.1.無源超前網(wǎng)絡(luò)無源超前網(wǎng)絡(luò) R2 Ci (t)ui(t)uo(t) R1,1aTT1 0ddc令得得aTTaTm11111arcsin21arctanaaaamcm 01) 1(21) 1(1) 1(11222222222222TTTTTTT 2)2)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)PDPD校正校正, ,一般一般 20,因?yàn)橐驗(yàn)槭艹靶Ｕb置物理結(jié)構(gòu)的限制；受超前校正裝置物理結(jié)構(gòu)的限制；太大太大, ,通過校正裝置的信號(hào)幅值衰減太嚴(yán)重。通過校正裝置的信號(hào)幅值衰減太嚴(yán)重。近似地實(shí)現(xiàn)近似地實(shí)現(xiàn)PDPD控制控制幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明1( )1caTsG sTs3)PD3)PD校正裝置在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都校正裝

20、置在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都產(chǎn)生相位超前校正。產(chǎn)生相位超前校正。串聯(lián)校正時(shí)串聯(lián)校正時(shí), ,系統(tǒng)開環(huán)增益下降系統(tǒng)開環(huán)增益下降倍。為保證穩(wěn)態(tài)精度，必須提高放倍。為保證穩(wěn)態(tài)精度，必須提高放大器的增益予以補(bǔ)償。大器的增益予以補(bǔ)償。aTddm10交接交接頻率頻率1/ 1/ T T，1 1/T/T的幾何中點(diǎn)的幾何中點(diǎn)1)1/aT1/TaT1動(dòng)畫動(dòng)畫 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程1 1、確立控制目標(biāo)、確立控制目標(biāo)2 2、確定控制變量、確定控制變量3 3、給定個(gè)變量控制要求（設(shè)計(jì)指標(biāo)）、給定個(gè)變量控制要求（設(shè)計(jì)指標(biāo)）4 4、確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)、確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)5 5、建立對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器模型、建立對(duì)象、執(zhí)

21、行機(jī)構(gòu)和傳感器模型6 6、建立控制器模型，選擇關(guān)鍵待調(diào)參數(shù)、建立控制器模型，選擇關(guān)鍵待調(diào)參數(shù)7 7、優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，分析系統(tǒng)性能、優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，分析系統(tǒng)性能若性能滿足設(shè)計(jì)要求，則試工作結(jié)束若性能滿足設(shè)計(jì)要求，則試工作結(jié)束不滿足不滿足 2 2串聯(lián)超前校正串聯(lián)超前校正cmlg10)()( mccLL成立的條件成立的條件求出求出a amT1確定確定T T的值的值若未提出若未提出 要求，從給出的相角裕度要求，從給出的相角裕度 出發(fā)，通過出發(fā)，通過下式求得下式求得c )( cm利用超前校利用超前校正的最大超正的最大超前相角前相角系統(tǒng)要求的系統(tǒng)要求的相角裕度相角裕度未校正系統(tǒng)未校正系統(tǒng) 的相角裕度的相角裕度

22、求最大超前求最大超前相角相角 后后m1 sin1 sinmma求求a未校正系統(tǒng)的幅頻特性幅值等于未校正系統(tǒng)的幅頻特性幅值等于 對(duì)對(duì)應(yīng)的頻率即希望截止頻率應(yīng)的頻率即希望截止頻率 , ,且且 。lg10 cmc選擇選擇5 51212o op 設(shè)計(jì)超前網(wǎng)絡(luò)的步驟：設(shè)計(jì)超前網(wǎng)絡(luò)的步驟： （1 1）根據(jù)）根據(jù)e essss要求，確定要求，確定K K； （2 2）利用已確定的）利用已確定的K K，計(jì)算未校正系統(tǒng)的，計(jì)算未校正系統(tǒng)的 ； （3 3）根據(jù)）根據(jù) 的要求，計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò)的要求，計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò) 和和 , ,關(guān)鍵是選擇關(guān)鍵是選擇 充分利用網(wǎng)絡(luò)相角超前特性充分利用網(wǎng)絡(luò)相角超前特性; ;cTcm 驗(yàn)算是驗(yàn)算

23、是否滿足指否滿足指標(biāo)要求時(shí)標(biāo)要求時(shí)求求 值值（4 4）驗(yàn)算相角裕度）驗(yàn)算相角裕度 m不滿足要求不滿足要求, ,重選重選 值值 c由已知由已知 的算未的算未校正系統(tǒng)的校正系統(tǒng)的 c)(c)( cm1 sin1 sinmma（5 5）確定校正裝置的傳遞函數(shù)）確定校正裝置的傳遞函數(shù)校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率Tcm11Tc12校正裝置的傳遞函數(shù)校正裝置的傳遞函數(shù)21/1/1)(sssGcp設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行調(diào)試，或計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行調(diào)試，或計(jì)算機(jī)仿真,檢查系統(tǒng)的實(shí)際檢查系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)特性。如果系統(tǒng)仍不能滿足要求，適當(dāng)調(diào)整校正裝置的響應(yīng)特性。如果系統(tǒng)仍不能滿足要求，適當(dāng)調(diào)整校正裝置的

24、形式或參數(shù)，直到滿足要求為止。形式或參數(shù)，直到滿足要求為止。 如圖如圖, , 設(shè)計(jì)超前校正網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)超前校正網(wǎng)絡(luò)，,4 .4, 1 .0ecss 使使r(t)=tr(t)=t時(shí)時(shí)L L0 0(4.4)=-5.96dB(4.4)=-5.96dB10lga=5.9610lga=5.9611(3)4.4 4mTa取取a=4a=4T=0.114T=0.1141( )10.45610.1141caTsGsTsss3.16c 19018oooctg1804510odBdB g，K4.4cm(2)選 20lg10 20lg20lg0ccL例例6.16.1(1)1 0K )(sR)(sC1ssK43. 4c

25、o6 .49 Lo()Lc()0dB若題目中給定若題目中給定c 先由先由aT1mc dB0alg10)(Lco 解出解出a a再由再由解出解出T T。若題目中給定若題目中給定 先由先由(5 12 )oom解出解出a,a,由由求出求出c 由由解出解出T Tc cc 2c)j (G1 a=c再說超前校正再說超前校正1( )1caTsG sTs 再說超前校正再說超前校正(續(xù)續(xù))Lo()Lc()0dBc 滿滿足足要要求求，如如果果驗(yàn)驗(yàn)算算后后c aT1T1向向右右移移，可可將將T1，這既可增大這既可增大 小小于于要要求求的的值值， 的的值值。又又不不影影響響c Ts1aTs1) s (Gc 而而已已。

26、只只不不過過cm 例例6.46.4) 105. 0)(12 . 0()(sssKsG51( )vKss要求， %25%，t25. 0) 1(4 . 016. 0rM1scKt2) 1(5 . 2) 1(5 . 12rrMMK提出的提出的時(shí)域指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)，利用和，利用和頻域指標(biāo)頻域指標(biāo)的關(guān)系，用頻域法校正，的關(guān)系，用頻域法校正，然后再驗(yàn)算。然后再驗(yàn)算。由由1sin()rM5c() 31c 3410)(cm5 . 3sin1sin1mm0lg10)(cL1)(2 . 052c8 . 6c18090(0.2)(0.05) 3435.6ccarctgarctg得得校正校正中頻段中頻段得得驗(yàn)證驗(yàn)證解解:

27、增大增大49 .3611arcsinm1)(2 . 052c07. 7c18090(0.2)(0.05) 36.952.6ccarctgarctg071. 0)/(1cT1071. 01284. 011)(ssTsTssGc520lg055( )20lg5200.2520lg200.20.05L校正前校正前5K225. 1rM7.74c1arcsin()54.7rM得得例例6.26.20dB20dB-20dBL()1510-20-40-60040 0.2041)(0.21)(0.06251)(0.00141)csG Gssss（25c 取取0.2041( )1csG sTs1111900.20

28、4 250.2 250.0625 252530tgtgtgtgT180 -解出解出T=0.0014T=0.0014254020lg13.770.20.0625j 40( )0.210.06251G ssss402530c 要 求20lg13.7714.88,0.204aTaTaT11()180900.20.62521.9ccctgtg 0()20lg40 20lg20lg0.20,14.1ccccL16, 521交接頻率0dB20dB-20dBL()1510-20-40-600.21( )1csG sTsc 求求400.210.20.0625由，3 .25c 得得a=25.1， aT=0.2,

29、 T=0.0079040(0.06251)(0.00791)cG Gsss126.62111ohdB，125.311.30.00791os時(shí)，1225.3 1ojT 令T=0.00140.0014例例6.36.340( )0.210.06251G ssss30 要求020lg 4020lg20lg0.220lg0.062514ccccL 10 lg14cmccLLa()21.9c 14.1c曲線分析1 .12c o8 .14 9 .22c o3 .30 1 1、系統(tǒng)不穩(wěn)定變穩(wěn)定、系統(tǒng)不穩(wěn)定變穩(wěn)定cc2 、cm3 不一定不一定、 已知已知)1s ( s10GH+=求求和和 Kg。，4 . 4c

30、o2 .49 g gK 若若k穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)變大穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)變大3.1c 17.9o g gK K=10時(shí)：時(shí)：20lg10 20lg20lg0cccL190180ggtg ,求求和和 Kg。20lg10 20lg20lg20lg0.4560ccccL111900.4560.114180ggggtgtgtg 值值。的的求求k2 .49o= )1s ( s10GH+=1114. 01456. 0ssK=0.863K=0.863時(shí)：時(shí)：o2 .49 得得,836. 0c 的的作作用用類似于類似于曲線講解曲線講解1 . 3c= o9 .17= 4 . 4c= o2 .49= 1 . 3c= o9 .17=

31、 4 . 4c= o2 .49= 863. 0c o2 .49= 1 .3c= o9 .17= 4 .4c= o2 .49= 863.0c o2 .49= s33.5ts s11.1ts s7 . 5ts 對(duì)快速性影響較大c 原系統(tǒng)原系統(tǒng)(k=10)(k=10)加超前加超前校正網(wǎng)絡(luò)校正網(wǎng)絡(luò)原系統(tǒng)原系統(tǒng)(k=0.863)(k=0.863)(1)KGHs s （2 2）截止頻率附近相角迅速減小的未校正系統(tǒng)）截止頻率附近相角迅速減小的未校正系統(tǒng), , 校正后校正后改善不大，難得到足夠的超前角。這種情況是改善不大，難得到足夠的超前角。這種情況是c c附近有附近有兩個(gè)交接頻率相近或相等的慣性環(huán)節(jié)；或一個(gè)

32、振蕩環(huán)節(jié)。兩個(gè)交接頻率相近或相等的慣性環(huán)節(jié)；或一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)。 （1 1）若未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，超前網(wǎng)絡(luò)要提供很大的超前）若未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，超前網(wǎng)絡(luò)要提供很大的超前角角, ,這樣，超前網(wǎng)絡(luò)的這樣，超前網(wǎng)絡(luò)的a a必須很大，造成校正系統(tǒng)帶寬過大，必須很大，造成校正系統(tǒng)帶寬過大，使通過系統(tǒng)的高頻噪聲很高。使通過系統(tǒng)的高頻噪聲很高。p串聯(lián)超前校正受以下因素的限制：串聯(lián)超前校正受以下因素的限制：p這種情況可采用兩級(jí)（或兩級(jí)以上）的串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)這種情況可采用兩級(jí)（或兩級(jí)以上）的串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)校正，或一個(gè)遲后網(wǎng)絡(luò)校正，或測速反饋校正。校正，或一個(gè)遲后網(wǎng)絡(luò)校正，或測速反饋校正。 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1.1.無源滯后

33、網(wǎng)絡(luò)無源滯后網(wǎng)絡(luò)低頻段：低頻段：A（）=1 (0dB)交接頻率：交接頻率：1T1bT斜斜 率：率：0 -20()carctgbTarctgT22(1)0 01bTarctgTdc()d= 0令令得得關(guān)鍵思路：關(guān)鍵思路：讓讓，6.2.2 6.2.2 串聯(lián)滯后校正串聯(lián)滯后校正TsbTssGc11)(T1bT1blg201212RRRbCRRT)(2101 11mbT TTb1arcsin1mbb 10.115 9cctgb 低頻不衰減低頻不衰減, ,高頻削減高頻削減mc不發(fā)生在 處110cbT R1 Ci (t)ui(t)uo(t) R2時(shí)bTc10 均均可可1510 p在整個(gè)頻率范圍內(nèi)相位都滯后

34、。在整個(gè)頻率范圍內(nèi)相位都滯后。10cmddTb為為1/1/b bT T，1/T1/T的幾何中點(diǎn)的幾何中點(diǎn)1( )1cbTsG sTsmb b越小，相位滯后越嚴(yán)重。越小，相位滯后越嚴(yán)重。最大滯后角的頻率最大滯后角的頻率m m遠(yuǎn)離校遠(yuǎn)離校正后的幅值穿越頻率，否則正后的幅值穿越頻率，否則對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不利。對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不利。c1T 1( )cbTsG sTs有有PIPI控制規(guī)律的作用控制規(guī)律的作用幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明串聯(lián)滯后校正是利用高頻幅值串聯(lián)滯后校正是利用高頻幅值衰減，衰減， 下降，使系統(tǒng)獲得足下降，使系統(tǒng)獲得足夠的夠的 。cbb2b3b2-20lgbb20lg b1T1bTb3 保證已校正系

35、統(tǒng)的截保證已校正系統(tǒng)的截止頻率為所選的止頻率為所選的 值值, 查出查出20lgcbL可以在成立成立求出求出()()ccc 滯后網(wǎng)絡(luò)在滯后網(wǎng)絡(luò)在c c處產(chǎn)生處產(chǎn)生的滯后角的滯后角T T若太大，若太大，.1.1可適當(dāng)加大可適當(dāng)加大2串聯(lián)遲后校正串聯(lián)遲后校正()6cc 預(yù)先取c（4 4） 20lg()0CbL1 .01cbTc求出求出b已知已知b求出求出0.10.25()6 14cc 校正裝置的傳遞函數(shù)校正裝置的傳遞函數(shù)211/( )1/csG ss頻域法設(shè)計(jì)步驟如下：頻域法設(shè)計(jì)步驟如下：（1 1）根據(jù)）根據(jù)e essss要求，確定要求，確定K K；（2 2）利用已確定的）利用已確定的K ，計(jì)算未校

36、正系統(tǒng)的，計(jì)算未校正系統(tǒng)的 等；等；（3 3）根據(jù)）根據(jù) 的要求，求的要求，求 ; ; c（5）驗(yàn)算已校正系統(tǒng)的）驗(yàn)算已校正系統(tǒng)的 和和 。gKT 11180900.10.224occtgtg設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)使圖示系統(tǒng)設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)使圖示系統(tǒng)30,40 ,10,2.3ovgckKdB1s371s7 . 3) s (Gc 10.10.27cbTb=0.10)7 . 2(Lblg200 o(2.7)= 134oc c0(2.7)L20lgb41.7o12gKdB 原系統(tǒng)不穩(wěn)定原系統(tǒng)不穩(wěn)定7 .2c 選選 03030,0.11 0.21KG ssss例例6.56.502.720lg30 20lg2.7 2

37、0LdB0()()ccc40646c T=37 030 3.71371 0.11 0.21cG sG s G ssssss5.1cc 7g)(sR)(sC12 . 011 . 0sssK解解:0,11ccL7 . 21347 . 2 從從L o找到找到c -180o滯后小結(jié)滯后小結(jié) +(6o9o) 若若已已知知20lgbL0( )c 20lg()20lgb0ocGj 10/bT=c c 即即1/bT=0.1求出求出b,Tb,Tc 已知已知更簡單更簡單cc 1()ocbGjc ) 10625. 0)(12 . 0(40)(ssssG 5030gKdB0)(L14c()18090(0.2)(0.0

38、625)21.3cccarctgarctg 例例6.66.6要求要求解解:未校正系統(tǒng)未校正系統(tǒng)選用遲后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校正選用遲后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校正,取取()5ccj 518090(0.2)(0.0625) 550cccarctgarctg (0.2)(0.0625)35cccarctgarctg 5 . 2c4020lg20lg20lg0ccbLb15 . 240b0625. 0b5 . 21 . 01bT64T不穩(wěn)定不穩(wěn)定1641411)(ssTsbTssGc 160625. 02 . 040lg201652 . 040lg205040lg20L本次課程作業(yè)本次課程作業(yè)6 11，12自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制

39、原理 16414) 10625. 0)(12 . 0(40)()(0ssssssGsGc驗(yàn)證驗(yàn)證gK16)0625. 02 . 040lg(20165)2 . 040lg(205)40lg(203013112111bbb5 .181 180)(1j幅值裕量不滿足要求幅值裕量不滿足要求(1)串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)，本質(zhì)上是一種串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)，本質(zhì)上是一種低通濾波器低通濾波器。p串聯(lián)遲后校正的特點(diǎn)：串聯(lián)遲后校正的特點(diǎn)：(2)低頻信號(hào)放大，降低低頻信號(hào)放大，降低ess,提高了穩(wěn)態(tài)性能。提高了穩(wěn)態(tài)性能。(3) 高頻信號(hào)衰減高頻信號(hào)衰減,使帶寬變窄，降低了系統(tǒng)反應(yīng)能力使帶寬變窄，降低了系統(tǒng)反應(yīng)能力;但帶寬但

40、帶寬變窄，增強(qiáng)抑制擾動(dòng)信號(hào)的能力變窄，增強(qiáng)抑制擾動(dòng)信號(hào)的能力9.1g （1 1）超前校正利用相角超前特性，）超前校正利用相角超前特性，滯滯后校正利用高頻幅值后校正利用高頻幅值衰減特性；衰減特性；（2 2）為滿足穩(wěn)態(tài)性能，當(dāng)采用無源校正網(wǎng)絡(luò)時(shí)，超前校正）為滿足穩(wěn)態(tài)性能，當(dāng)采用無源校正網(wǎng)絡(luò)時(shí)，超前校正要求附加增益，要求附加增益，滯滯后校正則不需要；后校正則不需要；（3 3）同一系統(tǒng)，超前校正的帶寬大于采用）同一系統(tǒng)，超前校正的帶寬大于采用滯滯后校正后校正; ;從響應(yīng)從響應(yīng)速度的角度看，帶寬越大越好；但帶寬大則易受噪聲干擾，速度的角度看，帶寬越大越好；但帶寬大則易受噪聲干擾，如果系統(tǒng)輸入端噪聲電平較

41、高，不易選用超前校正；如果系統(tǒng)輸入端噪聲電平較高，不易選用超前校正；串聯(lián)超前與串聯(lián)滯后校正的比較串聯(lián)超前與串聯(lián)滯后校正的比較（4 4）滯后校正有時(shí)會(huì)使時(shí)間常數(shù)滯后校正有時(shí)會(huì)使時(shí)間常數(shù)T太大而不能實(shí)現(xiàn)。這是由太大而不能實(shí)現(xiàn)。這是由于在足夠小的頻率值上安置滯后網(wǎng)絡(luò)第一個(gè)交接頻率。如果于在足夠小的頻率值上安置滯后網(wǎng)絡(luò)第一個(gè)交接頻率。如果出現(xiàn)這種情況，可采用串聯(lián)出現(xiàn)這種情況，可采用串聯(lián)滯后滯后-超前校正。超前校正。 1)()1)(1 ()(sTTTsTTsTsTsGabbababac11CRTa22CRTb21CRTab6.2.3 6.2.3 串聯(lián)滯后串聯(lián)滯后- -超前校正超前校正分母有兩個(gè)不相等的負(fù)

42、實(shí)根分母有兩個(gè)不相等的負(fù)實(shí)根)1)(1 ()1)(1 ()(21sTsTsTsTsGbac21TTTTbaabbaTTTTT21aTT 1121baTTTTaTT1bTT 2)1)(1 ()1)(1 ()(sTsTsTsTsGbabac1式中式中有有網(wǎng)絡(luò)的遲后部分網(wǎng)絡(luò)的遲后部分網(wǎng)絡(luò)的超前部分網(wǎng)絡(luò)的超前部分(1)無源遲后無源遲后-超前網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò) R1 C2i (t)ui(t)uo(t) R2 C1 )a/sT1)(saT1() sT1)(sT1() s (Gbabac+=1a無源遲后無源遲后-超前網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò)滯后部分滯后部分, 有增益有增益衰減的作用，允衰減的作用，允許許低頻段提高增低頻段提高

43、增益，益，改善穩(wěn)態(tài)性改善穩(wěn)態(tài)性能能-20+20a b aa ba -10lgam-20lga超前部分超前部分, 提高相提高相位裕量位裕量,加大截止加大截止頻率，改善動(dòng)態(tài)頻率，改善動(dòng)態(tài)性能。性能。 2. 串聯(lián)遲后串聯(lián)遲后-超前校正超前校正設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟:（3 3）在未校正系統(tǒng)的）在未校正系統(tǒng)的 上，選擇上，選擇-20-20變?yōu)樽優(yōu)?40-40的交接頻的交接頻率為校正網(wǎng)絡(luò)超前部分的交接頻率率為校正網(wǎng)絡(luò)超前部分的交接頻率 , ,目的是降低系統(tǒng)階次，目的是降低系統(tǒng)階次，保證中頻區(qū)為保證中頻區(qū)為-20;-20; LbbbT/1lg20)(cbcTL由未校正系統(tǒng)的幅頻特性由未校正系統(tǒng)的幅頻特性-20-2

44、0延延長線和長線和 處的數(shù)值確定；處的數(shù)值確定；c(4(4）確定）確定 和衰減因子和衰減因子 ；由等式；由等式/1c0lg20)(lg20cbcTL求求a值值（5 5）根據(jù)）根據(jù)要求，估算滯后部分的交要求，估算滯后部分的交接頻率；接頻率； a（6 6）校驗(yàn)已校正系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。）校驗(yàn)已校正系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。（1 1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能求）根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能求K K；（2 2）繪制未校正系統(tǒng)的）繪制未校正系統(tǒng)的 ，求未校正系統(tǒng)的，求未校正系統(tǒng)的 、c,;cgKdB L0dB20406080-20-40-60-800.10.781010012.6co5 .55 -60 取取=45o,ts=2.7s,L(

45、3.5)=26.8dB采用滯后超前校正采用滯后超前校正3.526.8180( )( /6 1)( /2 1)G ss ss45o3o;Kg10dBts3秒秒20lg1804520lg18020lg23920lg18020lg20lg20lg026ccc-2020lg18020lg620lg6 22011.41sinrM22 1.512.513,3.5rrcsKKMMt 2,b取降階0.5s+10.01s+1=58.25o,3.5117590atg0.780.0156aaa得，0.0156例例6.76.7說明穩(wěn)態(tài)誤差為說明穩(wěn)態(tài)誤差為1/180b1805 . 3100ba20lg20lg0cbca

46、LT50a 180 1() ()(/6 1)(/100 1)(/1)acajG jG jjjjja 111111503.51751809057.7456100ccccaaaatgtgtgtgtgtg180 1 1.28(1 0.167 )(1 64 )(1 0.01 )sssss 例續(xù)例續(xù)G(s) =180(1.28s+1)s(s/6+1)(64s+1)(0.01s+1)Kg=27.7dB3.c 45 o ts=1.7s45.53.3 解：由題意取解：由題意取k=30/s, k=30/s, 原系統(tǒng)的頻率特性曲線；原系統(tǒng)的頻率特性曲線；030( )(0.11)(0.21)G ssss11.4c

47、所以不能用超前校正，因?yàn)槌靶Ｋ圆荒苡贸靶Ｕ驗(yàn)槌靶Ｕ蟮钠谕刂诡l率大于未校正時(shí)正后的期望截止頻率大于未校正時(shí)的的截止頻率。截止頻率。o2 .17 采取滯后采取滯后- -超前校正超前校正 7c 為為了了保保證證79.5dB必須在 這里來個(gè)7c ( )(0.11)(0.21)kG ssss例例6.86.8未校正系統(tǒng)未校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)滯后設(shè)計(jì)滯后-超前網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò)2)2)4545o o; ; 3)3)1)1)最大指令速度為最大指令速度為30(30(o o/s)/s)時(shí)，位置遲后誤差時(shí)，位置遲后誤差1 1o o; ; 分析分析7c 45, 滯后校正也不行，滯后校正也不行，因?yàn)閮H滯后因?yàn)閮H滯后校

48、正，會(huì)導(dǎo)致相角裕度更負(fù)。校正，會(huì)導(dǎo)致相角裕度更負(fù)。 1807 dBL5.970dB20406080-20-40-60-800.1110100-20-60-20+2030a/a=0.093續(xù)續(xù)2(1.4281)(0.41)( )(10.751)(0.051)cssGsss55. 7a1a1asinm 得得：由由驗(yàn)算驗(yàn)算0.07812.80.45s+)1s2 . 0)(1s1 . 0( s30) s (G0 40.6o7.95c 取取a=920lg3029.57.4c o45.2= ,20lg3020lg1020lg23.520lg3020lg515.520lg3020lg720lg7 0.29.

49、56451653mc 9.5 020lg7 lgba20ba2.5b171010cabT取，即=0.7202.2加是考慮滯后部分在處產(chǎn)生的角度 校正后校正后7.95c40.6o OK!續(xù)續(xù)39a取40.67.9530( )( )(0.21)(0.11)cG s G ssss(1 .4 2 81)(0 .41)(1 0 .7 51)(0 .0 51)ssss12.80.457.5c45.2o45.27.5 p反饋校正應(yīng)用廣泛。反饋校正應(yīng)用廣泛。p反饋校正具有與串聯(lián)校正相同的效果，還可以改善系統(tǒng)反饋校正具有與串聯(lián)校正相同的效果，還可以改善系統(tǒng)性能。性能。)()(1)()()(221sGsGsGsG

50、sGc1)()(2sGsGc6.3.1 反饋校正的原理與功能反饋校正的原理與功能如圖如圖)()()(1sGsGsGc1)()(2sGsGc)()()(21sGsGsG校正后系統(tǒng)特性幾校正后系統(tǒng)特性幾乎與被反饋校正裝乎與被反饋校正裝置包圍的環(huán)節(jié)無關(guān)置包圍的環(huán)節(jié)無關(guān)已校正系統(tǒng)與未校正已校正系統(tǒng)與未校正系統(tǒng)特性一致系統(tǒng)特性一致p選取反饋校正裝置的參數(shù)，使已校正系統(tǒng)的特性發(fā)生期選取反饋校正裝置的參數(shù)，使已校正系統(tǒng)的特性發(fā)生期望的變化望的變化6.36.3頻率法反饋校正頻率法反饋校正G2 (s)(sR)(sCGc (s)G1 (s) p反饋校正裝置包圍未校正系統(tǒng)對(duì)性能改善有重大妨礙反饋校正裝置包圍未校正系

51、統(tǒng)對(duì)性能改善有重大妨礙的環(huán)節(jié)，形成局部反饋的環(huán)節(jié)，形成局部反饋; ;p局部反饋回路的開環(huán)幅值遠(yuǎn)大于局部反饋回路的開環(huán)幅值遠(yuǎn)大于1 1時(shí)，局部反饋回路時(shí)，局部反饋回路的特性取決于反饋校正裝置，與被包圍部分無關(guān)。的特性取決于反饋校正裝置，與被包圍部分無關(guān)。反饋校正的基本原理是反饋校正的基本原理是p控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)時(shí)控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)時(shí)這樣做會(huì)產(chǎn)生誤差，特別是在這樣做會(huì)產(chǎn)生誤差，特別是在 的附近的附近,最大最大誤差不超過誤差不超過3分貝，在允許范圍內(nèi)。分貝，在允許范圍內(nèi)。1)()(2sGsGc2( )( )1cG s G s 2( )( )1cG s G s （1 1） 減小時(shí)間常數(shù)減小時(shí)間常數(shù): :

52、 負(fù)反饋校正減小被包圍環(huán)節(jié)的負(fù)反饋校正減小被包圍環(huán)節(jié)的T T，如傳函，如傳函G(sG(s)=1/(Ts+1)=1/(Ts+1) ，T T較大，影響系統(tǒng)響應(yīng)速度，通過較大，影響系統(tǒng)響應(yīng)速度，通過G Gc c(s(s)=K)=KH H 反饋校正可以作反饋校正可以作增量補(bǔ)償。增量補(bǔ)償。 K KH H被稱為位置反饋系數(shù)。如圖示。被稱為位置反饋系數(shù)。如圖示。反饋校正的功能反饋校正的功能)1 (1111111)(HHHHHKsKTKKTsKsG慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)變?yōu)閭鬟f函數(shù)變?yōu)楸话鼑h(huán)節(jié)增益被包圍環(huán)節(jié)增益減小減小1+KH被包圍環(huán)節(jié)時(shí)間常被包圍環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)減小數(shù)減小1+KH，對(duì)加，對(duì)加快系統(tǒng)速度有利快

53、系統(tǒng)速度有利增益減小通過增益減小通過提高前級(jí)放大提高前級(jí)放大器的增益彌補(bǔ)器的增益彌補(bǔ)頻帶寬度由頻帶寬度由1/T增加到增加到(1+KH)/T 例例6.96.9如圖，如圖， 為測速發(fā)電機(jī)或分壓器的傳遞函數(shù)，為測速發(fā)電機(jī)或分壓器的傳遞函數(shù)，電動(dòng)機(jī)速度反饋后，傳函形式與校正前相同，仍包含一個(gè)電動(dòng)機(jī)速度反饋后，傳函形式與校正前相同，仍包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，而增益和時(shí)間常數(shù)都減小積分環(huán)節(jié)，而增益和時(shí)間常數(shù)都減小 倍。倍。sKsGtc)() 1()(2sTsKsGmm) 11(11)()(1sKKTsKKKsRsCtmmtmm1tmKKG2 (s)(1sR)(sCGc (s)G1 (s)為電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，說明

54、反饋校為電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，說明反饋校正效果。正效果。內(nèi)回路傳遞函數(shù)為內(nèi)回路傳遞函數(shù)為說明：說明：p許多系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)許多系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)-測速發(fā)電機(jī)組作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但由測速發(fā)電機(jī)組作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但由于動(dòng)態(tài)性能的限制，速度反饋造成增益下降無法全補(bǔ)償，于動(dòng)態(tài)性能的限制，速度反饋造成增益下降無法全補(bǔ)償，所以速度反饋校正會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度所以速度反饋校正會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度(ess ) 。 （2 2）降低系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性）降低系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性減弱參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。減弱參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。p開環(huán)系統(tǒng)：參數(shù)變化使開環(huán)系統(tǒng)：參數(shù)變化使G(sG(s) )的變化量為的變化量為G(sG(

55、s) )，輸出，輸出量變化為量變化為C(sC(s) )。則。則 因?yàn)橐驗(yàn)?，有，有開環(huán)輸出的開環(huán)輸出的變化量變化量與與G(sG(s) )的變化成正比。的變化成正比。)()()()()(sRsGsGsCsC)()()(sRsGsC)()()(sRsGsC)()()(1)()()()(sRsGsGsGsGsCsC)()(sGsGp閉環(huán)系統(tǒng)，參數(shù)變化閉環(huán)系統(tǒng)，參數(shù)變化,閉環(huán)輸出閉環(huán)輸出近似有近似有)()(1)()(sRsGsGsC閉環(huán)輸出變化量是開環(huán)的閉環(huán)輸出變化量是開環(huán)的1/1+G(s)1/1+G(s)倍，倍，1+G(s)1+G(s)1 1，負(fù)反饋削減了參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。，負(fù)反饋削減了參數(shù)

56、變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。p系統(tǒng)有不可變部分和系統(tǒng)有不可變部分和可變部分可變部分，不可變部分特性不可變部分特性包括包括被控對(duì)象，參數(shù)的穩(wěn)定性與對(duì)象有關(guān)，無法輕易改變。被控對(duì)象，參數(shù)的穩(wěn)定性與對(duì)象有關(guān)，無法輕易改變。反饋校正裝置的特性則由設(shè)計(jì)者確定，精心挑選，使反饋校正裝置的特性則由設(shè)計(jì)者確定，精心挑選，使校校正裝置正裝置特性特性不受工作條件的影響，從而降低系統(tǒng)對(duì)參數(shù)不受工作條件的影響，從而降低系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化敏感性。變化敏感性。 與純微分相比，高頻干擾分量被抑制，前向通路傳輸特與純微分相比，高頻干擾分量被抑制，前向通路傳輸特性得以改善。性得以改善。111)(sKTTsKTsKsG （3） 積分負(fù)反饋

57、代替純微分環(huán)節(jié)積分負(fù)反饋代替純微分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)p前向通路中如果有純微分環(huán)節(jié)，對(duì)高頻噪聲干擾很敏前向通路中如果有純微分環(huán)節(jié)，對(duì)高頻噪聲干擾很敏感。通過積分負(fù)反饋減少高頻干擾的影響，如圖示，感。通過積分負(fù)反饋減少高頻干擾的影響，如圖示，TK /，傳輸為微分特性；，傳輸為微分特性；TK /，頻譜分量衰減為水平值；，頻譜分量衰減為水平值； （4）消除系統(tǒng)不變部分中的不良特性）消除系統(tǒng)不變部分中的不良特性p當(dāng)內(nèi)反饋回路滿足當(dāng)內(nèi)反饋回路滿足 時(shí)，時(shí)，近似由反饋通道近似由反饋通道的倒數(shù)描述。的倒數(shù)描述。1)()(2sGsGc反饋?zhàn)饔眠€可以用于削弱系統(tǒng)的非線性影響；正反饋反饋?zhàn)饔眠€可以用于削弱系統(tǒng)的非

58、線性影響；正反饋增益提升等等方面。增益提升等等方面。 p如圖示，不可變部分如圖示，不可變部分的特性是不希望的，適當(dāng)選的特性是不希望的，適當(dāng)選擇，使擇，使)(2sG)(sGc)(/1sGc)(2sGG2 (s)(sR)(sCGc (s)G1 (s)(/1sGc并使并使具備期望的特性，具備期望的特性，代替，代替，這種這種“置換置換”可以改善系統(tǒng)的性能。可以改善系統(tǒng)的性能。 sGc1 )()()()(3210sGsGsGsG)()(1)()(20sGsGsGsGc)()(0sGsG)()()()(20sGsGsGsGc6.3.2 6.3.2 綜合法反饋校正綜合法反饋校正G2 (s)(sR)(sCGc

59、 (s)G1 (s)G3 (s)校正系統(tǒng)如圖示，設(shè)未校正時(shí)開未校正時(shí)開環(huán)傳遞函數(shù)環(huán)傳遞函數(shù)校正后系統(tǒng)開校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)環(huán)傳遞函數(shù)1)()(2jGjGc0)()(lg202jGjGc當(dāng)即即頻帶內(nèi)，頻帶內(nèi)，已校正系統(tǒng)已校正系統(tǒng)G (S)與未校與未校正系統(tǒng)正系統(tǒng)G0 (S)近似相同近似相同0)()(lg202jGjGc當(dāng)當(dāng)或)()()()(02sGsGsGsGc表明在 的頻帶內(nèi)，畫出1)()(2jGjGc)(lg200jG，再減去期望的)(lg20jG，就獲得近似的，)()(2sGsGc)(2sG已知的，反饋校正裝置 即可求得。)(sGc局部反饋回路必須穩(wěn)定。注意兩點(diǎn)：在0)()(lg202j

60、GjGc校正頻段內(nèi)，使)(lg20)(lg200jGjG值大的越多，校正精度越高 （3）由下式求 傳遞函數(shù)),()()()(lg2002LLjGjGc0)()(0LL)()(2sGsGc（5）由 求 ；（6）檢驗(yàn)校正后性能指標(biāo)是否滿足要求；（7）考慮 的工程實(shí)現(xiàn)。)()(2sGsGc)(sGc)(sGcp該方法與分析法設(shè)計(jì)過程一樣，僅適用于最小相角系統(tǒng)。)(lg20)(00jGL（1）按穩(wěn)態(tài)指標(biāo)要求，繪制未校正系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性)(lg20)(jGL（2）根據(jù)給定指標(biāo)要求，繪制期望開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性（4）檢驗(yàn)局部反饋回路的穩(wěn)定性，并檢查期望附近c(diǎn)0)()(lg202jGjGc的程度；p綜合法反