自动控制原理第6章 控制系统的校正及综合

1、2010.11.141 2010.11.142 u6.1 综合与校正的基本概念 u6.2 常用校正装置及其特性 u6.3 串联校正 u6.4 反馈校正 u6.5 前馈校正 u6.6 本章小结 2010.11.143 u6.1 综合与校正的基本概念 u6.2 常用校正装置及其特性 u6.3 串联校正 u6.4 反馈校正 u6.5 前馈校正 u6.6 本章小结 2010.11.144 设计一个自动控制系统一般经过以下三步设计一个自动控制系统一般经过以下三步: : 根据任务要求，选定控制对象；根据任务要求，选定控制对象；1 根据性能指标的要求，确定系统的控制规律，并设计根据性能指标的要求，确定系统的

2、控制规律，并设计 出满足这个控制规律的控制器，初步选定构成控制器出满足这个控制规律的控制器，初步选定构成控制器 的元器件；的元器件； 2 将选定的控制对象和控制器组成控制系统，如果构成将选定的控制对象和控制器组成控制系统，如果构成 的系统不能满足或不能全部满足设计要求的性能指标，的系统不能满足或不能全部满足设计要求的性能指标， 还必须增加合适的元件，按一定的方式连接到原系统还必须增加合适的元件，按一定的方式连接到原系统 中，使重新组合起来的系统全面满足设计要求。中，使重新组合起来的系统全面满足设计要求。 3 2010.11.145 原系统控制器控制对象 校正系统原系统校正装置 能使系统的控制性

3、能满足控制要求而有目的地增添的 元件称为控制系统的校正元件或称校正装置. 图图6 61 1 系统综合与校正示意图系统综合与校正示意图 2010.11.146 注意注意，并非所有经过设计的系统都要经过综合与校正这 一步骤，对于控制精度和稳定性能都要求较高的系统， 往往需要引入校正装置才能使原系统的性能得到充分 的改善和补偿。反之，若原系统本身结构就简单而且 控制规律与性能指标要求又不高，通过调整其控制器 的放大系数就能使系统满足实际要求的性能指标。 2010.11.147 在控制工程实践中，综合与校正的方法应根据特定的性能指 标来确定。一般情况下，若性能指标以稳态误差 、峰值 时间 、最大超调量

4、 、和调整时间 等时域性能指标 给出时，应用根轨迹法进行综合与校正比较方便;如果性能指 标是以相角裕度 幅值裕度 、相对谐振峰值 、谐振 频率 和系统带宽 等频域性能指标给出时,应用频率特 性法进行综合与校正更合适。 ss e p t p s t g K r M r b 2010.11.148 系统分析的任务是根据已知的系统，求出系统的性能指标 和分析这些性能指标与系统参数之间的关系，分析的结果 具有唯一性。 系统的综合与校正的任务是根据控制系统应具备的性能指 标以及原系统在性能指标上的缺陷来确定校正装置(元件) 的结构、参数和连接方式。系统的综合与校正是系统分析 的逆问题。满足系统性能指标的

5、校正装置不是唯一的，需 对系统各方面综合考虑，选出最佳方案. 校正的实质是改变闭环系统的零极点的分布，从而达到改 善系统性能指标的目的。 2010.11.149 1 1 串联校正串联校正 2 2 前前馈校正馈校正 3 3 反馈校正反馈校正 Gc(s): 校正装置传递函数 G(s) : 原系统前向通道的传递函数 H(s) : 原系统反馈通道的传递函数 2010.11.1410 串联校正装置一般接在系统的前向通道中，具体的接入位置 应视校正装置本身的物理特性和原系统的结构而定。一般情 况下，对于体积小、重量轻、容量小的校正装置(电器装置居 多)，常加在系统信号容量不大、功率小的地方，即较靠近输 入

6、信号的前向通道中。对于体积、重量、容量较大的校正装 置(如无源网络、液压、气动装置等)，常串接在容量较大的 部位，即较靠近输出信号的前向通道中。 Gc(s)G(s) H(s) R(s)R(s) C(s)C(s) - - 2010.11.1411 前馈校正是将校正装置前向并接在原系统前向通道的一 个或几个环节上。它比串联校正多一个连接点,即需要一 个信号取出点和一个信号加入点。 R(s)R(s) Gc(s) G2(s) H(s) G1(s) C(s)C(s) - - 2010.11.1412 反馈校正是将校正装置反向并接在原系统前向通道的一个或 几个环节上，构成局部反馈回路。 G1(s) G2(

7、s) Gc(s) H(s) R(s) C(s) 由于反馈校正装置的输入端信号取自于原系统的输出端或前 向通道中某个环节的输出端，信号功率一般都较大，因此为 简化校正装置,在校正装置中不需设置放大电路。但由于输 入信号功率比较大，校正装置的容量和体积相应要大一些。 此外，反馈校正还可以消除参数波动对系统性能的影响。 2010.11.1413 通过结构图的变换，一种连接方式可以等效地转换成 另一种连接方式，它们之间的等效性决定了系统的综合与 校正的非唯一性。在工程应用中，究竟采用哪一种连接方 式,这要视具体情况而定。一般来说，要考虑的因素有：原 系统的物理结构，信号是否便于取出和加入，信号的性质，

8、 系统中各点功率的大小，可供选用的元件，还有设计者的 经验和经济条件等。由于串联校正通常是由低能量向高能 量部位传递信号，加上校正装置本身的能量损耗。必须进 行能量补偿。因此，串联校正装置通常由有源网络或元件 构成，即其中需要有放大元件。 2010.11.1414 反馈校正是由高能量向低能量部位传递信号，校正装 置本身不需要放大元件，因此需要的元件较少，结构比串 联校正装置简单。由于上述原因，串联校正装置通常加在 前向通道中能量较低的部位上，而反馈校正则正好相反。 从反馈控制的原理出发，反馈校正可以消除校正回路中元 件参数的变化对系统性能的影响。因此，若原系统随着工 作条件的变化，它的某些参数

9、变化较大时，采用反馈校正 效果会更好些。 2010.11.1415 反馈校正是由高能量向低能量部位传递信号，校正装 置本身不需要放大元件，因此需要的元件较少，结构比串 联校正装置简单。由于上述原因，串联校正装置通常加在 前向通道中能量较低的部位上，而反馈校正则正好相反。 从反馈控制的原理出发，反馈校正可以消除校正回路中元 件参数的变化对系统性能的影响。因此，若原系统随着工 作条件的变化，它的某些参数变化较大时，采用反馈校正 效果会更好些。 2010.11.1416 u6.1 综合与校正的基本概念 u6.2 常用校正装置及其特性 u6.3 串联校正 u6.4 反馈校正 u6.5 前馈校正 u6.

10、6 本章小结 2010.11.1417 (1) (1)超前校正网络超前校正网络 (2)(2)滞后校正网络滞后校正网络 (3) (3)滞后滞后- -超前校正网络超前校正网络 (4) (4)有源校正网络有源校正网络 常常 用用 校校 正正 装装 置置 2010.11.1418 网络的传递函数 1 1 11 22 1 1/() (1) R ZCs RRCs ZR R R1 1 R R2 2 C C 无源超前网络无源超前网络 UiUiUoUo - 1 复阻抗复阻抗 2 212 2 11 ( )/() 1 d d d d R Cs G sZZZ R C s sz sp 式中 12 21 1 ,1 ddd

11、dd RR zpz R CR 2010.11.1419 由式(6-1)可看出，无源超前网络具有幅值衰减作用，衰 减系数为1/d。如果给超前无源网络串接一放大系数为 d的比例放大器，就可补偿幅值衰减作用。此时，超前 网络传递函数可写成： G(S)=(1+TS)/(1+T/d S) (6-2) -1/T-1/T- - d/T s s p pZ Z j j 0 0 z z p p 由上式可知，超前网络传递函 数有一个零点Z(-1/T)和一个极 点p(-d/T)，它们在复平面上 的分布如图所示。 2010.11.1420 用S=j代入式(6-2)得到超前校正网络的频率特性 G(j)=(1+jT)/(1

12、+jT/d ） (6-3) 根据上式得超前网络极坐标图。当d值趋于无穷大 时,单个超前网络的最大超前相角m = 90度;当d = 1时超前相角m = 0度,这时网络已经不再具有超前作 用,它本质上是一个比例环节. 1 arcsin 1 d m d (6-4)(6-4)P190P190 2010.11.1421 当m 60度，d急剧增大，网络增益衰减很快。 d 1 51015 90 60 30 0 d值过大会降低系统的信噪比 m (度)m 度 2010.11.1422 图图6-6 6-6 无源超前网络无源超前网络(1+TS)/(1+T/(1+TS)/(1+T/dS)S)的的BodeBode图图

13、2010.11.1423 12 11 lg(lglg)(lg1/lg/)lg/ 22 mdd TTT Ts Ts 1 1 d m T （2 2）由相频特性可求出最大超前相角对应的频率）由相频特性可求出最大超前相角对应的频率m m （ （P190P190），）， （3 3）m m 是两个转折频率的几何中心点；是两个转折频率的几何中心点； (4(4）在）在m m处的对数幅值为处的对数幅值为 。 （1 1）最小幅值增益是）最小幅值增益是 频率范围频率范围1/T1/T； 1 20lg() d dB 10lg d 2010.11.1424 U Ui iU Uo o R R1 1 R R2 2 C C 图

14、图6-7 6-7 无源滞后网络无源滞后网络 Z1=R1 Z2=R2+1/CS G(s)=Z2/(Z1+Z2) =(1+TS)/(1+iTS) （6-6） T=R2C i=(R1+R2)/R2 1 2010.11.1425 向量zs和ps与实轴正方向的夹角的 差值小于零， 即 = zp1) 成正比。当在控制系统中采用串联滞后 校正时，其高频衰减特性可以保证系统在有较大开环放 大系数的情况下获得满意的相角裕度或稳态性能。 例例6.26.2 : :设原系统的开环传递函数为设原系统的开环传递函数为 W(S) = K / S(S+1)(0.25S+1)W(S) = K / S(S+1)(0.25S+1)

15、 试用串联滞后校正，使系统满足试用串联滞后校正，使系统满足: (1)Kv=10: (1)Kv=10秒秒-1 -1； ；(2)(2)相相 角裕度角裕度 3030o o。 2010.11.1441 2 0000 0 111(1)( /41)1 lim( )limlimlim 1( )( ) lim( )10 ss ssss v s ss esE ss W s ssW sKK ksW sK 解：（1）首先确定放大系数K。因为 （2）原系统开环传递函数为 2 2 10 ( ) (1)( /41) ( )20lg1020lg 20lg1 20lg ()1 4 W s s ss L 30.53 0.7 c

16、 0 ( ) 20 40 -20 60 L( ) 1 -90 -180 -270 1 0.017 c WW c W W 0 4 W 2 0.2 c WW 10.1 0.01 2010.11.1442 其伯德图如下所示，按下式可以计算出其穿越频率 ，即 c 2 22 1010 ( )()13.16 1 ()1 4 3.16 ()180( 903.42)22.01 4 cc c c AA arctgarctg 其传递函数为： 10 ( ) (1)( /41) W s s ss 可见，相位裕量为负，系统不稳定。如果采用引前校正需要的增 加相位太大，不容易实现，故采用串联滞后校正。 2010.11.1

17、443 （4）则校正后的系统传递函数应为 （3）根据系统相位裕量 的要求，并考虑校正装置在 穿越频率附近造成的相位滞后影响，故选取 ， 即 ()45 c ()180( 90)450.7 4 c ccc arctgarctg 2 1010 111.75 1.220.7 1() i i cci ()30 c 即 2 222 2 10 ( )( ) (1)( /41) ()20lg1020lg20lg 1() 20lg 1()20lg 1()20lg 1() 4 20lg1020l 1 g20lg 1()20lg20lg0 1 c ccc c cic ccci i c W s W s s ss L

18、Ts Ts TT TT 2010.11.1444 （5）预交接频率为 ，以及两个频率与 最大滞后相移频率的关系为 令 ，则有 12 1/(),1/ iT T maxc 2 21 0.710.2 0.2,0.017? 3.511.75 c ii i T max12max /,/ ii 10 ( )( ) (1)( /4 /0.21 /0.0 711)1 c W s W s ssss s （6）校正后系统的开环传递函数为 （7）验证校正后系统的相位裕量 0.70.70.7 ()180( 900.7) 40.20.017 180( 90359.9374.0588.61 )30.51 c arctga

19、rctgarctgarctg 2010.11.1445 符合相位裕量要求。问题：如果不符合该如何修正？（两 种方法的比较见P200） 30.53 0.7 c 0 ( ) 20 40 -20 60 L( ) 1 -90 -180 -270 1 0.017 c WW c W W 0 4 W 2 0.2 c WW 10.1 0.01 300 c 0 ( ) 20 40 -20 -40 L( ) 110 100 -90 -135 -180 1 c c W 52.8 c WW W 2010.11.1446 串联滞后校正对系统的影响串联滞后校正对系统的影响 在保持系统开环放大系数不变的情况下，减小在保持系

20、统开环放大系数不变的情况下，减小 穿越频率，从而增加了相角裕度，提高了系统穿越频率，从而增加了相角裕度，提高了系统 相对稳定性；相对稳定性； 1 1 3 3 在保持系统相对稳定性不变的情况下，可以提在保持系统相对稳定性不变的情况下，可以提 高系统的开环放大系数，从而改善系统的稳态高系统的开环放大系数，从而改善系统的稳态 性能；性能； 2 2 由于降低了幅值穿越频率由于降低了幅值穿越频率, ,系统宽带变小，从而系统宽带变小，从而 降低了系统的响应速度，但提高了系统抗干扰降低了系统的响应速度，但提高了系统抗干扰 的能力。的能力。 2010.11.1447 串联引前校正主要是利用引前网络的相角超前特

21、性来提高 系统的相角裕量或相对稳定性，而串联滞后校正是利用滞 后网络在高频段的幅值衰减特性来提高系统的开环放大系 数，从而改善系统的稳态性能。 当原系统在穿越频率上的相频特性负斜率较大又不满足相 角裕量时，不宜采用串联引前校正，而应考虑采用串联滞 后校正。但并不意味着串联滞后一定能有效的代替串联超 前校正，稳定的运行于系统上；事实上，在某些情况下可 以同时采用串联滞后和引前校正，即滞后-引前校正，综 合两种校正方法进行系统校正。 2010.11.1448 从频率响应的角度来看，串联滞后校正主要用来校 正开环频率的低频区特性，而引前校正主要用于改变中频 区特性的形状和参数。因此，在确定参数时，两

22、者基本上 可独立进行。可按前面的步骤分别确定超前和滞后装置的 参数。一般，可先根据动态性能指标的要求确定引前校正 装置的参数，在此基础上，再根据稳态性能指标的要求确 定滞后装置的参数。应注意的是，在确定滞后校正装置时， 尽量不影响已由引前装置校正好了的系统的动态指标，在 确定超前校正装置时，要考虑到滞后装置加入对系统动态 性能的影响，参数选择应留有裕量。 2010.11.1449 1 ( 1 1 ) 1 d c d i i T s W s T s Ts Ts 1/ i T/ d T1/ d T1/ i T 特点：特点： 1.幅频特性前段是相位滞 后部分，该部分具有使增益衰 减的作用，所以允许在

23、低频段 提高增益，以改善系统稳态特 性； 2.幅频特性后段是相位引 前部分，因增加了相位引前角 度，使相位裕量增大，从而改 善了系统暂态性能。 2010.11.1450 （2）原系统开环传递函数为 ，所以校正 前的开环幅频特性为 例例6.36.3 : :设有一单位反馈系统，其开环传递函数为设有一单位反馈系统，其开环传递函数为 (P201)(P201) W(S) = K / S(S+1)(S+2)W(S) = K / S(S+1)(S+2) 试用串联滞后试用串联滞后- -引前校正，使系统满足引前校正，使系统满足: (1)Kv=10: (1)Kv=10秒秒-1 -1； ；(2)(2)相相 角裕度角

24、裕度 5050o o；（；（3 3）增益裕量）增益裕量GMGM10dB。期望幅频特性法期望幅频特性法 00 lim( )lim1020 (1)(2)2 v ss KK ksW sK s ss 10 ( ) (1)( /21) W s s ss 解：（1）首先确定放大系数K。根据稳态误差要求 2 3 10 20lg,1; 10 ( )20lg,12; 20 20lg,2. L num=20;num=20; den=1 3 2 0;den=1 3 2 0; bode(num,denbode(num,den) ) 2010.11.1451 相位裕量如下，不满足设计要求，故需引入校正装置加以校正 ()

25、180( 90)9069.7553.5733.32 2 c cc arctgarctg 33 3 2020 ()20lg01 202.71 c cc c L 由L()可知，c 应该在 2区间，则有 2 3 10 20lg,1; 10 ( )20lg,12; 20 20lg,2. L -33.32 0 ( ) 20 40 -20 60 L( ) 1 -90 -180 -270 2 W 2.71 c 10.1 0.01 -135 2010.11.1452 （4）确定滞后-引前装置的滞后部分 （3）选择新的穿越频率 分析： 若单独采用引前校正，那么要补偿的相位33.32+50= 83.32， 补偿相

26、位太大，不可行； 若单独采用滞后校正，因原系统带宽仅为02.71，使得校正后的 带宽过小且调整控制有限，故采用滞后-引前校正。 10 1.5/ , (1.5)3.18 c rad s 1 1 1/0.15/ 10 ic Trad s 设交接频率 ，且 ，则有 0 1 1/()0.015/ 100 ic Trad s 所以，滞后部分传递函数为 11 1/0.156.671 11 1/0.01566.7 +1 i i Tsss Tsss tan( )tan( ) tan() 1tan( )tan( ) 2010.11.1453 （5）确定滞后-引前装置的超前部分 所以校正后的系统传递函数为： 22

27、 2 222 1(6.67)1()10 () 1(66.7) 11()1() 210 cdc c cd c ccc T A T 超前部分传递函数为 11 11 10 dd dd T sT s TT ss 106.6711 (1)(1/21) 66.7 +1 1 10 d d sT s T s sss s 2010.11.1454 把 代人上式可得 2 2 22 2 1(1.5)106.67 1.5 (1.5)1 66.7 1.51.5 1(0.15) 1.5 1(1.5)1() 2 1(1.5)101 12.15 1.5 1.8 1.25 101 d d d d T A T T T 1.5/

28、c rad s 22 2 222 1(6.67)1()10 () 1(66.7) 11()1() 210 cdc c cd c ccc T A T 所以引前部分传递函数为 112.15 10.215 1 d d T ss T s s 2010.11.1455 （6）滞后-引前装置的传递函数为 （7）校正后的系统传递函数为： ()180( 902.150.2156.6766.7) 2 9056.3136.8772.7717.8784.2989.4246.59 c cccccc arctgarctgarctgarctgarctgarctg 1012.156.671 ( )( ) (1)(1/21)

29、 10.21566.7 +1 c ss W s W s s ssss 12.156.671 ( ) 10.21566.7 +1 c ss W s ss 校正后的系统相位裕量为： 校正后的系统增益裕量为： 图（P202） ()180( 902.150.2156.6766.7)0 2 ()16 j jjjjjj j arctgarctgarctgarctgarctgarctg LdB 2010.11.1456 u6.1 综合与校正的基本概念 u6.2 常用校正装置及其特性 u6.3 串联校正 u6.4 反馈校正 u6.5 前馈校正 u6.6 本章小结 2010.11.1457 在控制系统的校正中，

30、反馈校正也是常用的校正方式 之一。反馈校正除了与串联校正一样，可改善系统的性能 以外，还可抑制反馈环内不利因素对系统的影响。 )(sH 图622表示一个具有局部反馈校正的系统。在此，反 馈校正装置 反并接在 的两端，形成局部 反馈回环（又称为内回环）。为了保证局部回环的稳定性， 被包围的环节不宜过多，一般为2个。 23 ( )( )G s G s 2010.11.1458 图图6 622 22 具有反馈校正的系统具有反馈校正的系统 E(s) G1 (s) H(s) Y(s)R(s) G4 (s)G3 (s)G2 (s) 由图知，无反馈校正时系统的开环传递函数为由图知，无反馈校正时系统的开环传递

31、函数为 （6 62525） 1234 ( )( )( )( )( )G sG s G s G s G s 2010.11.1459 内回环的开环传递函数为 （626） 其闭环传递函数为 （627） 校正后系统的开环传递函数为 （628） 23 ( )( )( )( )G sG s G s H s 1234 23 ( )( )( )( )( ) ( ) 1( )( )( )1( ) G s G s G s G sG s Gs G s G s H sG s 2323 23 ( )( )( )( ) ( ) 1( )( )( )1( ) B G s G sG s G s Gs G s G s H s

32、G s 2010.11.1460 若内回环稳定（即 的极点都在左半s平面），则 校正后系统的性能可按曲线 来分析。绘 制 ，假定： 1.当 时， ， 按式（628） 20lg()Gj () () () G j Gj Gj 1()()GjGj ()1Gj 由 与 之差得 。 20lg()Gj 20lg()Gj20lg()G j ( ) B Gs 20lg()Gj 2.当 时， ， 则 ()1Gj 1()1Gj ()()G jG j 2010.11.1461 曲线 与曲线 重合。这样近似处 理，显然在 附近的误差较大。校正后系统的瞬 态性能主要取决于曲线 在其穿越频率附近的形 状。一般，在曲线 的

33、穿越频率附 近， ，因此，近似处理的结果是足够准确的。 综合校正装置时，应先绘制 的渐近线，再按要 求的性能指标绘制 的渐近线，由此确 定 ，校验内回环的稳定性，最后按式（626） 求得 。 20lg()G j 20lg()Gj ()1Gj 20lg()Gj 20lg()Gj ()1Gj 20lg()G j 20lg()Gj 20lg()Gj 20lg()H j 2010.11.1462 （1）先绘出 的伯德图，见P211 图6-29a ，因为 例例6.46.4 （P211）对象传递函数为 ，式 中， 。 采用反馈校正装置，其传递函数为 ，式中 121 0.25,0.0625,100TTK 1

34、 1 12 ( ) (1)(1) K W s sT sT s 1 1 ( ) ( ) 1( )( ) K W s Ws W s H s 2 ( ) (1) H K s H s Ts 0.25,1.25 H KT 1( )Wj 。试分析反馈校正装置的作用，绘出校正后 等效对数频率，并求出等效开环传递函数。 解：系统的开环传递函数为 故系统不稳定。 1 2 22 100100 ()120 0.25 1(0.25)1(0.0625) (20)180( 9051.25)9078.7051.3440.04 cc c ccc A arctgarctg 2010.11.1463 （3）绘出 的对数频率特性，

35、见P211 图6-29c， （2）绘出 的伯德图，见P211 图6-29b，并对称于零分 贝线画出 的对数幅频特性。 1/()H j ()H j 1( )()WjH j 2 1 1000.25 ()() (10.25 )(10.0625 ) 1 1.25 25 (10.25 )(10.0625 )(1 1.25 ) s WjH j ssss s sss 2 2 20lg25 ,0.8; 20lg25 ,0.8; 25 20lg20,0.84;20lg,0.84; 1.25 80 ( )( ) 2520lg,416; 20lg,416; 1.25 0.25 1280 2520lg,16. 20l

36、g,16. 1.25 0.25 0.0625 LL 2010.11.1464 2）在 时，由于 ，则 可近似认为 1 20lg()()0WjH j j i 1 20lg()()0WjH jdB 可以看出，在i和j时， 。在 和 的频率范围内，这表明局部反馈到输入端的信号比 输入信号小很多，可以忽略不计 由开环传递函数对数频率特性可求得， 2 20lg250,0.8; 0.04 1280 20lg0,16.35.78 i i j j （4）绘出等效对数频率特性 1）在 时，由于 ，则可近 似认为 i 1 20lg()()0WjH jdB 1 ()() K WjWj ij 1 20lg()()0W

37、jH jdB ()1/() K WjH j 2010.11.1465 （5）从图6-29c中可以看到，在 时， 故认为采用近似的方法来估算相位裕量不会引起过大的误差。 结果可得P211图6-29d，从等效对数幅频特性，可写出系统等 效开环传递函数为 3 100 20lg,0.04; 20lg125, 0.040.8; ()5 5 20lg, 0.837.04; 6858.71 20lg,37.04; cc L 1 20lg()() 0WjH j c 3）在 时，由于 ，则可近 似认为 j 1 20lg()()0WjH jdB 1 ()() K WjWj 2 2 100(1)100(1 1.25

38、 ) ( ) 11 (125 )(10.027 ) (1)(1) K ij Tss Ws sss sss (5)180( 90(1.25 5) (25 5)2(0.0275) 66.8 arctg arctgarctg 2010.11.1466 例例6.56.5 （P213）设系统方块图如下图所示，要求选择Wc(s)使得 系统达到如下指标：稳态位置误差等于零，稳态速度误差系数 Kv=200s-1，相位裕量 。 式中， 2 1123 100.1 ( ),( ),( ) (0.11)(0.011) K W sK W sW s sss ()45 c ( )C s( )R s ( ) c W s 2(

39、 ) W s 1( ) W s 3( ) W s 2010.11.1467 解：系统的开环传递函数为 2 0123 2 123 13 2 ( ) ( ),( )( )( )( ) 1( )( ) ( )( )( ) ( )( )( )( ) 1( )( ) c k c W s W sW sW s W s W s W s W s W s W s W s W sW s W s W s W s W s （1）根据系统稳态误差要求，考虑到反馈校正对低频无影响 （P86） 000 12 12 12 000 1111 limlimlim0 1( )1( ) 1 lim( )lim( )lim200 ss

40、sss KK vKK sss es K K WssWs s K K KsWssWssK K s 2010.11.1468 2 2 3 200 20lg,10; 2000 ()20lg0 200044.722000 ( )20lg,10100; (1)46200 (1)20lg 200000 1 20lg,100; c cc L L LdB L 0123 200 ( )( )( )( ) (0.11)(0.011) W sW s W s W s sss 原系统的对数幅频特性和相频特性分别为 未校正系统开环传递函数为 ( )900.10.01 (47.72)180( 904.4720.4472)1

41、1.48 arctgarctg arctgarctg 2010.11.1469 该系统的伯德图为 0 ( ) 20 40 80 60 L( ) 1 -90 -180 -270 10 0 L 1 110100 -135 46 100 2 3 分析： 1）超前校正效果不好， 因为补偿相角必须大于 56.48度； 2）滞后校正可以考虑； 3）超前-滞后可以考虑； 4）这里采用反馈校正。 2010.11.1470 以 为交点，-1为斜率画直线与L0相交于 （2）采用期望特性的设计 低频段保持不变，中频段改为-1衰减，高频段保持不变。 综合考虑系统的中频带宽和快速性，选择 。 ()45 c 1 20 c

42、 s 1 20 c s 1 2 100s 考虑中频段有一定宽度并满足 ，预选 过作-2斜率的直线交L0于 ，于是整个期望特性设计 完毕。 1 1 7.5s 1 2 0.75s （3）检验。考虑校正过的系统，相位裕量为 ( )90(1/0.75)(1/7.5)0.01 (20)180( 9026.672.6670.2)60.29 arctgarctgarctg arctgarctgarctg 2010.11.1471 如图绿线所示，已知 （4）校正装置的求取 2 ()20lg()() fc LjWjWj 2 11 ()/(1) 7.57.5 c Wjss K 0( )()() f LjL jLj

43、 123 2 ()()() () ()() c WjWjWj W j WjWj 在中频段，根据近似方程有 对方程求对数有 故由图可得 0 20 40 80 60 L( ) 1 10 0 L 1 46 100 2 3 c 20 L 0.757.5 则有 2( )() 1 0.75 1 (1)(0.11)(0.011) 7.5 c WjWj s sss 2010.11.1472 u6.1 综合与校正的基本概念 u6.2 常用校正装置及其特性 u6.3 串联校正 u6.4 反馈校正 u6.5 前馈校正 u6.6 本章小结 2010.11.1473 前馈校正的两种类型：前馈校正的两种类型： 1）按扰动补偿； P215 目的：抵消扰动对系统输出的影响 即 2）按输入补偿 P