自動控制原理 課件 6.2 常用校正裝置及其特性

6.2常用校正裝置及其特性根據(jù)校正裝置的頻率特性，校正裝置分為超前校正裝置、滯后校正裝置和滯后-超前校正裝置。本節(jié)主要研究常用校正裝置及其特性，以便在控制系統(tǒng)校正時使用。6.2.1超前校正裝置超前校正裝置可以用RC無源網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，其電路連接圖如圖6-2-1所示。無源超前網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為其中，a為超前網(wǎng)絡(luò)的分度系數(shù)，T為時間常數(shù)。加補償放大器后，無源超前網(wǎng)絡(luò)其傳遞函數(shù)為（6-2-1）（6-2-2）式（6-2-2）所對應(yīng)的對數(shù)頻率特性曲線如圖6-2-2（a）所示。顯然，超前網(wǎng)絡(luò)對頻段1/(aT)-1/T的輸入信號有微分作用，相當(dāng)于比例-微分（PD）控制。由于該校正裝置的相角總是超前的，故稱為超前網(wǎng)絡(luò)。(a)對數(shù)頻率特性曲線

圖6-2-2無源超前網(wǎng)絡(luò)特性a與的關(guān)系曲線如圖6-2-2（b）所示。(b)分度系數(shù)與最大超前角關(guān)系圖6-2-2無源超前網(wǎng)絡(luò)特性為了保持系統(tǒng)較高的信噪比，實際選用一般a≤20°，超前網(wǎng)絡(luò)的最大超前角一般不大于65°。如果需要大于65°的相位超前角，則要將兩個超前網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)來實現(xiàn)，并在所串聯(lián)的兩個超前網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負載效應(yīng)。最大超前角頻率最大超前角最大超前角頻率ωm處的對數(shù)幅頻值為超前網(wǎng)絡(luò)的相頻特性為（6-2-3）（6-2-4）（6-2-5）（6-2-6）從對數(shù)頻率特性看，超前網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個高通濾波器。當(dāng)ω>1/T時，幅頻特性上移了20lgadB，這會削弱系統(tǒng)抗高頻干擾的能力，因此在高頻干擾比較嚴重的情況下，一般不用超前校正。小結(jié)：6.2.2滯后校正裝置滯后校正裝置可以用RC無源網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，其電路連接圖如圖6-2-3所示。無源滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為其中，b為滯后網(wǎng)絡(luò)的分度系數(shù)，T為時間常數(shù)。（6-2-7）式（6-2-7）對應(yīng)的對數(shù)頻率特性曲線如圖6-2-4(a)所示。顯然，無源滯后網(wǎng)絡(luò)對頻段在1/T-1/(bT)的輸入信號有積分作用，相當(dāng)于比例-積分（PI）控制。由于該校正裝置的相角總是滯后的，故稱為滯后網(wǎng)絡(luò)。(a)對數(shù)頻率特性曲線圖6-2-4無源滯后網(wǎng)絡(luò)特性最大滯后角頻率最大滯后角為為避免相角滯后對系統(tǒng)有較大的影響，選擇校正參數(shù)時，應(yīng)盡量使滯后網(wǎng)絡(luò)第二個轉(zhuǎn)折頻率1/(bT)遠離系統(tǒng)校正后的截止頻率。一般取無源滯后網(wǎng)絡(luò)的相頻特性為（6-2-8）（6-2-9）（6-2-10）（6-2-11）此時，滯后網(wǎng)絡(luò)在處產(chǎn)生的相角滯后量為隨b變化的關(guān)系曲線如圖6-2-4（b）所示?？梢?，滯后網(wǎng)絡(luò)的第二個轉(zhuǎn)折頻率10倍頻處的相位滯后不超過6°。(a)對數(shù)頻率特性曲線圖6-2-4無源滯后網(wǎng)絡(luò)特性（6-2-12）滯后網(wǎng)絡(luò)幅值的衰減使得有可能調(diào)大開環(huán)增益，從而提高穩(wěn)態(tài)精度。缺點是使頻帶變窄，降低了快速性。一般適用于穩(wěn)態(tài)精度要求較高或穩(wěn)定性要求嚴格的系統(tǒng)。小結(jié)：6.2.3滯后-超前校正裝置滯后-超前校正裝置可以用無源RC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，電路連接圖如圖6-2-5所示。無源滯后-超前網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為其中，圖6-2-5無源滯后-超前網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)的滯后部分，

為網(wǎng)絡(luò)的超前部分。（6-2-13）圖6-2-6無源滯后-超前網(wǎng)絡(luò)頻率特性曲線對應(yīng)的對數(shù)頻率特性曲線如圖6-2-6所示。由圖6-2-6可見，無源滯后-超前網(wǎng)絡(luò)在低頻段和高頻段的幅頻特性曲線均為零分貝。當(dāng)0<ω<ω0時，相角為負，起到滯后校正的作用；當(dāng)ω0<ω<+∞時，相角為正，起到超前校正的作用。滯后-超前網(wǎng)絡(luò)綜合了滯后網(wǎng)絡(luò)和超前網(wǎng)絡(luò)的特點，可以同時提高穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，相當(dāng)于比例-積分-