控制系統(tǒng)的校正及綜合課件

1、第6章 控制系統(tǒng)的校正 及綜合（8學(xué)時(shí)）信息學(xué)院二一二年十一月2022/8/211第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合2控制系統(tǒng)校正的一般概念串聯(lián)校正反饋校正前饋校正主要內(nèi)容2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合3了解控制系統(tǒng)校正的基本思想方法和過程； 熟練掌握典型串聯(lián)校正的基本原理及設(shè)計(jì)方法； 了解三種串聯(lián)校正的特點(diǎn)和適用范圍，掌握基本的校正步驟； 理解和掌握反饋校正的設(shè)計(jì)思想和校正步驟； 了解引入前饋校正的目的，掌握前饋校正的設(shè)計(jì)思想。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合46.1 控制系統(tǒng)校正的一般概念系統(tǒng)分析：對(duì)于給定的系統(tǒng)運(yùn)用各

2、種方法去計(jì)算出它的性能，研究其穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性。 “三性”系統(tǒng)校正：是設(shè)計(jì)問題。在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求來設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)， 使各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足預(yù)期的要求。 一個(gè)控制系統(tǒng)可視為由控制器和被控對(duì)象兩大部分組成，當(dāng)被控對(duì)象確定后，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)際上歸結(jié)為對(duì)控制器的設(shè)計(jì)，這項(xiàng)工作稱為對(duì)控制系統(tǒng)的校正。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合51、校正的一般過程固有部分或不可變部分校正裝置（可變部分） 為使系統(tǒng)達(dá)到某種動(dòng)態(tài)及靜態(tài)指標(biāo)的要求，加入一些參數(shù)可根據(jù)需要而改變的裝置，該裝置可改善系統(tǒng)性能，使系統(tǒng)得到校正，稱之為校正裝置。 校正裝置的選擇及其參數(shù)整定的過程，稱為自動(dòng)控制系

3、統(tǒng)的校正 。就是通常所說的控制系統(tǒng)的綜合問題。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合6工程中常用的校正方法有：串聯(lián)校正、反饋（并聯(lián)）校正、前饋校正2. 基本校正方法(1) 串聯(lián)校正校正裝置特點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，最常使用，可降低系統(tǒng) 成本和能耗。 2、對(duì)參數(shù)變化比較敏感。Xr(s)Xc(s)2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合7(2) 反饋（并聯(lián)）校正 校正裝置與系統(tǒng)不可變部分或不可變部分中的一部分按反饋方式連接稱為反饋校正 校正裝置特點(diǎn)：1、可抑制系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)及非線性因素的影響。 2、設(shè)計(jì)復(fù)雜。Xr(s)Xc(s)2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合8(3) 前饋校正

4、 前饋校正的信號(hào)取自閉環(huán)外的系統(tǒng)輸入信號(hào)，由輸入直接去校正系統(tǒng)，故稱為前饋校正。 按給定的前饋校正 按擾動(dòng)的前饋校正 前饋校正的目的：通常用來降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合9 特點(diǎn)： 1、由于其輸入取自閉環(huán)外，所以不影響系統(tǒng)的 閉環(huán)特征方程式（即不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性）。 2、前饋校正是基于開環(huán)補(bǔ)償?shù)霓k法來提高系統(tǒng)的 精度，所以前饋校正一般不單獨(dú)使用，總是和 其他校正方式結(jié)合應(yīng)用而構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)， 以滿足某些性能要求較高的系統(tǒng)的需要。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合103. 用頻率法校正的特點(diǎn)（1）以Bode圖為工具來校正系統(tǒng)，主要是改變Bode圖

5、的形狀，使之滿足低頻、中頻和高頻段的要求， 達(dá)到理想的期望特性。需要校正的幾種基本類型 增加低頻增益 改善中頻段特性 兼有前兩種補(bǔ)償 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合11（2）用頻率法校正控制系統(tǒng)時(shí)，通常是以頻率指標(biāo)來 衡量和調(diào)整系統(tǒng)的暫態(tài)性能，因而是一種間接的 方法。工業(yè)上多習(xí)慣采用頻率法，故需要進(jìn)行兩種指標(biāo)的互換。時(shí)域指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)： 型別 N、靜態(tài)誤差系數(shù) 暫態(tài)： 超調(diào)、調(diào)整時(shí)間頻域指標(biāo)閉環(huán)帶寬BW、諧振峰值Mp、諧振頻率p穿越（截止）頻率c、幅值裕度和相位裕度 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合12 二階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系（定量）2、諧振頻率3、帶寬頻率4、

6、截止頻率5、相位裕度1、諧振峰值6、超調(diào)量 7、調(diào)節(jié)時(shí)間 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合131、諧振峰值2、超調(diào)量3、調(diào)節(jié)時(shí)間(2)高階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)（經(jīng)驗(yàn)公式）2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合14系統(tǒng)帶寬的選擇： 既能以所需精度跟蹤輸入信號(hào)，又能抑制噪聲擾動(dòng)信號(hào)。實(shí)際系統(tǒng)中輸入信號(hào)是低頻的，噪聲是高頻的。為了使系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)，要求系統(tǒng)具有較大的帶寬；從抑制噪聲角度看，又不希望帶寬過大。如果輸入信號(hào)的帶寬為則系統(tǒng)帶寬頻率2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合152022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合161、串聯(lián)引前（微分）校正6.2 串聯(lián)

7、校正具有微分控制作用的控制器稱為微分控制器， 特點(diǎn)：無(wú)源網(wǎng)絡(luò)(1) 引前校正電路P-比例 proportionD-微分 differentialI-積分 integral2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合17傳遞函數(shù)為：頻率特性為：哪個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)大，哪個(gè)先起作用！距虛軸越近，影響越大！2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合18校正電路的Bode圖如下：求導(dǎo)幾何中點(diǎn)！max2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合19（2）引前（微分）校正的原理： 利用引前校正裝置的相位超前的特性 來或補(bǔ)償開環(huán)頻率特性在 處的相位滯后，以提高系統(tǒng)的相位裕量 ，從而改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)。為此，要求

8、校正裝置的最大超前角出現(xiàn)在校正后的穿越頻率處,即c=max。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合20（3）引前校正的設(shè)計(jì)步驟： （1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求確定系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)，繪制Bode 圖，計(jì)算出未校正系統(tǒng)的相位裕量和增益裕量。初步設(shè)計(jì) （2）根據(jù)給定相位裕量，估計(jì)需要附加的相角位移。 （3）計(jì)算d。 （4）確定1/Td和d/Td，使校正后中頻段（穿過零分貝線） 斜率為20dB十倍頻，并且使校正裝置的最大移相角 出現(xiàn)在穿越頻率的位置上。即c=max。 （5）校驗(yàn)計(jì)算，看校正后頻率特性的相位裕量是否滿足要求，如不滿足須重新計(jì)算。 （6）計(jì)算校正裝置參數(shù)。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)

9、的校正與綜合21例6-1 一控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 要求校正后的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù) ，相位裕量 ,確定校正裝置傳遞函數(shù)。（4）引前校舉例2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合22解: （1）由穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求確定放大系數(shù)。 （2） 繪制Bode圖，可計(jì)算出放大系數(shù) K=100。其傳遞函數(shù)為初步設(shè)計(jì)2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合23Bode圖如下圖所示A圖形疊加！2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合24由Bode圖可計(jì)算出：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合252022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合26（3）（4） 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正

10、與綜合27校正后系統(tǒng)傳函為：校正后系統(tǒng)傳函為： 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合28（5）校驗(yàn)校正后相位裕量 所得結(jié)果滿足系統(tǒng)的要求。（6）校正裝置的實(shí)現(xiàn)串聯(lián)校正裝置傳函為可以用相位引前校正電路和放大器來實(shí)現(xiàn)。放大器的放大系數(shù)等于 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合29Bode圖如下圖所示問題：校正結(jié)果是否唯一？2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合30期望特性法：期望特性原系統(tǒng)特性圖形疊加2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合31 串聯(lián)引前校正主要是對(duì)未校正系統(tǒng)的中頻段進(jìn)行校正，使校正后中頻段具有-1斜率，且有足夠大的相位裕量。 （1）引前校正使系統(tǒng)的閉環(huán)頻

11、帶寬度BW增加，從而使暫態(tài)響 應(yīng)加快；（2）校正前后低頻特性不變，因此穩(wěn)態(tài)誤差性能沒有下降；缺點(diǎn)： （1）由于BW加寬，高頻抗干擾能力下降。優(yōu)點(diǎn)：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合32串聯(lián)引前校正的適用范圍： 串聯(lián)引前校正適用于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差已滿足要求，且對(duì)快速性要求比較強(qiáng)，而對(duì)高頻抗干擾能力要求不高的場(chǎng)合.2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合332、串聯(lián)滯后（積分）校正(1) 滯后校正裝置傳遞函數(shù)為： 頻率特性為：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合34校正電路的Bode圖如下：1、低頻特性不變。2、中頻段呈積分特性。3、高頻呈衰減特性， 衰減與i 有關(guān)。4、最大滯后

12、相角出現(xiàn) 在幾何中點(diǎn)上。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合35(2) 滯后校正的原理缺點(diǎn)：校正后系統(tǒng)快速性變差。優(yōu)點(diǎn)：不改變低頻特性，校正后系統(tǒng)高頻抗干擾能力變強(qiáng)。穩(wěn)態(tài)特性（低頻段）滿足要求，但暫態(tài)特性（中頻段）不滿足要求?？刹捎脺笮ＵＰＵ恚豪眯Ｕb置高頻段的衰減特性，降低穿越頻率穩(wěn)定裕量增大。情況1圖形疊加！cc2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合36原系統(tǒng)有足夠的相位裕量，但穩(wěn)態(tài)精度（低頻段）不滿足要求，可采用滯后校正。利用校正裝置低頻段的高增益特性，降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，而不改變中頻特性。情況2.校正原理：圖形疊加！c2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合3

13、7（3）串聯(lián)滯后校正設(shè)計(jì)步驟：1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求確定系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)，再用這一放大 系數(shù)繪制原系統(tǒng)的Bode圖，計(jì)算出本校正系統(tǒng)的相位裕量 和增益裕量。2）根據(jù)給定相位裕量，增加515的補(bǔ)償，估計(jì)需要附加 的相角位移，找出符合這一要求的頻率作為穿越頻率 3）確定出原系統(tǒng)在 處幅值下降到零分貝時(shí)所必需的衰減 量。使這一衰減量等于-20lgi ，從而確定i的值。4）選擇21/T，低于 一到十倍，計(jì)算1 2/i。5）計(jì)算校正后頻率特性的相位裕量是否滿足給定要求，如不滿 足須重新計(jì)算。6）計(jì)算校正裝置參數(shù)。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合38例6-2 系統(tǒng)原有的開環(huán)傳遞函數(shù)為 要求校正

14、后的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差系 ，相位裕量 ,確定校正裝置傳遞函數(shù)。（4）滯后校正舉例2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合39 解：1）由穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求，確定放大系數(shù)K。原系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為因?yàn)樗岳L制原系統(tǒng)的Bode圖，計(jì)算相位裕量。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合40Bode圖如下圖所示Ac2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合412）在Bode圖上選取滿足要求的 。（查圖）按相位裕量 的要求，并考慮校正裝置在穿越頻率附近造成的相位遲后的影響，再增加15的補(bǔ)償裕量，故預(yù)選 ，取與 相應(yīng)的頻率 為校正后的穿越頻率。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合42由公式計(jì)算

15、求得對(duì)應(yīng)穿越頻率 的對(duì)數(shù)幅頻特性增益為21.4dB，則得 3）確定 的值4）預(yù)選交接頻率:即2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合43則校正裝置的傳遞函數(shù)為 5）校驗(yàn) 校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 計(jì)算相位裕量 從波德圖查得其其增益裕量為14dB。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合446）校正裝置選擇 如選 ，則注意：設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果不唯一。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合451.由于 ，從而系統(tǒng)響應(yīng)變慢。2.校正后系統(tǒng)高頻抗干擾能力增強(qiáng)。 串聯(lián)滯后校正利用的是串聯(lián)滯后校正裝置高頻的“衰減作用”, 使 串聯(lián)滯后校正的原理： 對(duì)系統(tǒng)快速性要求不強(qiáng)，但對(duì)高頻抗干擾能力

16、要求較強(qiáng)的場(chǎng)合。 串聯(lián)滯后校正適用于：特點(diǎn)：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合463、串聯(lián)滯后-引前（積分-微分）校正校正電路傳遞函數(shù)為：將滯后校正與超前校正裝置串聯(lián)滯后引前校正電路頻率特性為：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合473、串聯(lián)滯后-引前（積分-微分）校正校正電路傳遞函數(shù)為：將滯后校正與超前校正裝置串聯(lián)滯后引前校正電路頻率特性為：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合48滯后超前校正電路的Bode圖：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合49試確定校正裝置，使系統(tǒng)滿足下列指標(biāo)：1.速度誤差系數(shù) ，2.相位裕量 ，例6-3 一系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 20

17、22/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合50解：(1)根據(jù)穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)的要求，可得初步設(shè)計(jì)后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為（2）繪制校正前系統(tǒng)的Bode圖2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合511101002010000db20db40db-20db-40dbL()-1A-2-32022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合52（3）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，選擇適當(dāng)?shù)男Ｕ椒?。不能用終值定理！2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合531101002010000db20db40db-20db-40dbL()-1A-2-3禁區(qū)！2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合54由高頻抗干擾要求:因此，只

18、能采用滯后超前校正，改造中頻段特性。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合551101002010000db20db40db-20db-40dbL()-1A-2-3禁區(qū)！377禁區(qū)！-60db2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合562022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合571101002010000db20db40db-20db-40dbL()-1A-2-337712342022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合58(4) 確定校正裝置參數(shù)：控制器最簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的原則來設(shè)計(jì)控制器。校正后應(yīng)以1斜率穿越零分貝線， 太小，會(huì)進(jìn)入禁區(qū)；太大，中頻段太窄，因此選2022/

19、8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合59110100c10000db20db40db-20db-40dbL()-1A-2-33771234環(huán)節(jié)串聯(lián)，對(duì)數(shù)特性疊加！2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合60中頻段選擇-2/-1/-2特性，具有如下特性：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合61 滯后-引前校正裝置的傳函為：校正后系統(tǒng)開環(huán)傳函為：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合62 （5）校驗(yàn)校正后系統(tǒng)開環(huán)傳函為：系統(tǒng)相位裕量為：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合636.3 反饋（并聯(lián)）校正1.比例負(fù)反饋校正前校正后式中一、反饋校正的功能：?jiǎn)挝浑A越響應(yīng)2022/8/

20、21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合642022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合652022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合662022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合672022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合682022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合692022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合70說明：從上圖中可以很清楚地看到反饋后系統(tǒng)的帶寬得到擴(kuò)展，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快；對(duì)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有利。這是在反饋校正中常用的一種方法。 校正前后系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖所示:2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合71結(jié)論：1、比例反饋可減弱其包圍環(huán)節(jié)的慣性，由慣性 影響的

21、動(dòng)態(tài)特性得到改善，提高系統(tǒng)響應(yīng)速 度。2、系統(tǒng)放大倍數(shù)同時(shí)減小，這就是平常所說的 以犧牲放大倍數(shù)來?yè)Q取動(dòng)態(tài)性能的改善。但 是放大倍數(shù)的減少可以通過提高串接在系統(tǒng) 中的放大環(huán)節(jié)增益來補(bǔ)償。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合722. 正反饋校正后當(dāng) 趨于1時(shí)，校正后系統(tǒng)的放大倍數(shù)將遠(yuǎn)大于原來的值。這正是正饋所獨(dú)具的特點(diǎn)之一。結(jié)論: 正反饋可以提高系統(tǒng)的放大倍數(shù)。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合733.微分負(fù)反饋校正前校正后校正后阻尼比為結(jié)論：微分負(fù)反饋在動(dòng)態(tài)中可以增加阻尼比，改善系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性能。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合744.負(fù)反饋a、負(fù)反饋可以減弱

22、參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響；相對(duì)值2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合752、可以消除或削弱系統(tǒng)不可變部分中的不希望 有的特性。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合76二、負(fù)反饋校正裝置的設(shè)計(jì) 未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：1、反饋校正的原理校正后系統(tǒng)開環(huán)傳函為：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合77結(jié)論：反饋校正可消除某些不期望的特性，重構(gòu)新的特性。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合78例6-4 對(duì)象傳遞函數(shù) 式中 ，采用反饋校正裝置，其傳遞函數(shù)為式中：試分析反饋校正裝置的作用，繪出校正后等效開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，并求出等效開環(huán)傳遞函數(shù)。 2、反饋校正裝置的設(shè)計(jì)202

23、2/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合79（a） 的Bode圖2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合800.11101000db20db40db-20db-40dbL()-1A-2-360db80db4162022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合81（b） 與 的Bode圖2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合820.11101000db20db40db-20db-40dbL()+2A+160db80db4160.82的對(duì)數(shù)幅頻特性與 對(duì)稱于零分貝線。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合83（c） 的Bode圖2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合840.111

24、01000db20db40db-20db-40dbL()+2A-160db80db4160.8（c） 的Bode圖圖形疊加！方法有2-1-3+1+1-2ij2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合85（d）等效的對(duì)數(shù)頻率特性反饋校正不起作用反饋校正起作用2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合860.11101000db20db40db-20db-40dbL()+2-160db80db4160.8-3+1ij2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合87作用: 相當(dāng)于加了一個(gè)滯后超前校正改善系統(tǒng)暫態(tài)（中頻）特性。由圖可得（紅色）-1-2-3-12022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與

25、綜合880.11101000db20db40db-20db-40dbL()60db80db40.8+1ij-1-20162022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合89反饋校正需先做圖，再由圖求傳函。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合90例6-5 設(shè)系統(tǒng)方塊圖如下圖所示， 要求設(shè)計(jì)校正裝置 使系統(tǒng)達(dá)到如下指標(biāo)：（1）穩(wěn)態(tài)位置誤差等于零；（2）穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù) ；（3）相位裕量 。 W2(S)2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合91解（1）根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差要求確定系統(tǒng)放大系數(shù) 選未校正時(shí)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 其中原系統(tǒng)的局部閉環(huán)部分傳遞函數(shù)為 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校

26、正與綜合92未校正時(shí)系統(tǒng)的Bode圖2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合93（2）期望特性的設(shè)計(jì) 1.考慮系統(tǒng)的快速性選擇：2.考慮中頻段的寬度及期望特性2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合94（4）求校正裝置由Bode圖可求得：則有:(3) 校驗(yàn)2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合952022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合96（5）校驗(yàn)小閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性小閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：小閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合97考慮到小閉環(huán)的穩(wěn)定性，一般被反饋校正所包圍部分的階次最好不超過二階，以免小閉環(huán)產(chǎn)生不穩(wěn)定。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)

27、的校正與綜合98目的：前饋校正提高穩(wěn)態(tài)精度 手段：采用復(fù)合控制。6.4 前饋校正反饋校正只改變系統(tǒng)中頻段特性，不改變低、高頻段特性前饋控制反饋控制2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合99 按擾動(dòng)補(bǔ)償 按輸入補(bǔ)償復(fù)合控制分成兩類：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合100理想情況：希望 的引入使擾動(dòng) 不影響輸出。1. 按擾動(dòng)補(bǔ)償復(fù)合控制：擾動(dòng)對(duì)輸出的傳函：按擾動(dòng)的全補(bǔ)償條件 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合101實(shí)際上存在有三個(gè)困難： （l）要求擾動(dòng)是可測(cè)的 （2）要求系統(tǒng)原有部分的數(shù)學(xué)模型 能準(zhǔn)確 地獲得，并且在運(yùn)行過程中不發(fā)生變化。 （3） 的具體實(shí)現(xiàn)上也會(huì)發(fā)生困

28、難。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合102通過對(duì)輸入補(bǔ)償?shù)那梆佇Ｕb置的設(shè)計(jì)使得輸出能更好地跟蹤輸入的變化。 2. 按輸入補(bǔ)償復(fù)合控制：閉環(huán)傳函：全補(bǔ)償條件 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合103例6-6 設(shè)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 設(shè)計(jì)校正裝置，要求滿足下列指標(biāo)：(1) (2)當(dāng) 時(shí)，系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性不應(yīng)有斜率超過 40dB十倍頻的線段； (3)在 的頻率范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)誤差小于2； (4) (5) 如需要前饋校正時(shí)，要接在控制對(duì)象的輸入端。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合104解：（1）確定串聯(lián)校正裝置使之盡量滿足除穩(wěn)態(tài)誤差外的所有其余指標(biāo)。校正后系統(tǒng)B

29、ode圖如下圖所示。串聯(lián)校正前串聯(lián)校正后2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合105加入前饋校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合106前饋校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：（2）確定前饋校正裝置2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合107（3）校驗(yàn)： 由 可得故在 的穩(wěn)態(tài)誤差近似為14，不滿足指標(biāo)要求。 未加前饋校正時(shí)2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合108加入時(shí)前饋校正裝置后 時(shí) 由 可得故在 的穩(wěn)態(tài)誤差近似為1.4，滿足指標(biāo)要求。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合109小 結(jié)1. 控制系統(tǒng)的校正是古典控制論中最接近生產(chǎn)實(shí)際的內(nèi)容之一。需校正的控制系統(tǒng)往往來源于各個(gè)領(lǐng)域，故校正問題是關(guān)系到能否解決實(shí)際問題的關(guān)鍵。掌握好必要的理論方法，積累更多的經(jīng)驗(yàn)，將有助于知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中的轉(zhuǎn)化。 2. 串聯(lián)校正是應(yīng)用最為廣泛的校正方法，它利用在閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道上加入合適的校正裝置，并按頻域指標(biāo)改善波德圖的形狀，達(dá)到并滿足控制系統(tǒng)對(duì)性能指標(biāo)的要求。 2022/8/21第六章控制系統(tǒng)的校正與綜合110小 結(jié)3. 并聯(lián)校正是另外一種常用的校正方法，它除了可獲得與串聯(lián)校正相似的效果外，還可改變被其包圍的被控對(duì)象的特性，特別是在一定程度上抵消了參數(shù)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。但一般它要比串聯(lián)校正略顯復(fù)雜。 4. 前饋校正是