西工大、西交大自动控制原理 第六章 线性系统的校正方法_01_系统的设计与校正问题

1、控制系统的校正控制系统的校正在控制系统的在控制系统的结构、参数确定结构、参数确定的条件下，按的条件下，按照对控制系统所提的照对控制系统所提的性能要求性能要求，设计、计算，设计、计算附附加的校正装置和元件加的校正装置和元件，使系统的性能指标，使系统的性能指标达到达到要求要求。第一节系统的设计与校正问题校正的概念校正的概念性能指标的提出，应符合实际系统的需求与可能。性能指标的提出，应符合实际系统的需求与可能。若性能指标以若性能指标以单位阶跃响应单位阶跃响应的的时域特征量时域特征量（峰值时间、（峰值时间、超调量、调节时间等）给出，一般采用超调量、调节时间等）给出，一般采用根轨迹法根轨迹法校正；校正；

2、若性能指标以系统的若性能指标以系统的频域特征量频域特征量（相角裕度、谐振峰（相角裕度、谐振峰值、闭环带宽等）给出，一般采用值、闭环带宽等）给出，一般采用频率法频率法校正。校正。第一节系统的设计与校正问题性能指标性能指标在控制系统实际运行当中，输入信号一般是低频信在控制系统实际运行当中，输入信号一般是低频信号，而噪声信号一般是高频信号。因此，合理选择号，而噪声信号一般是高频信号。因此，合理选择带宽是系统设计中一个重要的问题。带宽是系统设计中一个重要的问题。通常情况下，一个运行良好的系统，通常情况下，一个运行良好的系统，1 1 其其相角裕度相角裕度为为4545左右左右2 2 开环开环对数幅频特性对

3、数幅频特性在在中频区的斜率中频区的斜率应为应为-20dB/dec-20dB/dec，3 3 同时要求同时要求中频区中频区占有一定的占有一定的频率范围频率范围。4 4 过过中频区后中频区后，要求系统，要求系统幅频特性迅速衰减幅频特性迅速衰减，以削弱，以削弱 噪声对系统的影响。噪声对系统的影响。第一节系统的设计与校正问题系统带宽的选择系统带宽的选择按照校正装置在系统中的按照校正装置在系统中的连接方式连接方式，控制系统校正方式可分为：控制系统校正方式可分为： 串联校正串联校正 反馈校正反馈校正 前馈校正前馈校正 复合校正复合校正 串联串联校正校正 控制器控制器 对象对象反馈反馈校正校正NCRE第一节

4、系统的设计与校正问题校正方式校正方式按输入补偿的前馈校正按输入补偿的前馈校正前馈前馈校正校正 控制器控制器 对象对象NCR前馈前馈校正校正 控制器控制器 对象对象NC按扰动补偿的前馈校正按扰动补偿的前馈校正第一节系统的设计与校正问题校正方式校正方式按输入按输入补偿补偿的复合校正的复合校正复合复合校正校正 控制器控制器 对象对象CRN按扰动补偿的复合校正按扰动补偿的复合校正复合复合校正校正 控制器控制器 对象对象CRE第一节系统的设计与校正问题校正方式校正方式P P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在串联校正中，加大增益可在串联校正中，加大增益可1

5、1 提高系统开环增益；提高系统开环增益；2 2 减小系统稳态误差；减小系统稳态误差；3 3 降低系统相对稳定性，甚至造成系统闭环不稳定。降低系统相对稳定性，甚至造成系统闭环不稳定。pK)(sE)(sC)(sR)(sM第一节系统的设计与校正问题基本的控制规律基本的控制规律比例（比例（ProportionProportion）控制规律）控制规律PDPD控制器中的控制器中的微分微分控制规律，能控制规律，能反应反应输入信号变化趋输入信号变化趋势势，产生有效的，产生有效的早期修正信号早期修正信号，以增加系统的，以增加系统的阻尼阻尼程程度，从而改善系统的度，从而改善系统的稳定性稳定性。串联校正串联校正时，

6、可使系统时，可使系统增加一个开环零点增加一个开环零点，使系统，使系统相相裕度提高裕度提高，有助于系统，有助于系统动态性能的提高动态性能的提高。)1(sKp )(sE)(sC)(sR)(sM第一节系统的设计与校正问题基本的控制规律基本的控制规律比例比例微分（微分（Proportion-DifferentialProportion-Differential）控制规律）控制规律 I I 控制器的输出信号与输入信号的控制器的输出信号与输入信号的积分积分成正比成正比关系。关系。在在串联校正时串联校正时，采用，采用I I控制器可控制器可 1 1 提高系统的提高系统的型别型别（无差度），有利于（无差度），有

7、利于稳态性能稳态性能提高提高 2 2 为系统带来了一个位于原点的为系统带来了一个位于原点的开环极点开环极点，产生，产生9090 的的滞后相角滞后相角，不利于不利于系统的系统的稳定性稳定性。)(sE)(sC)(sR)(sMsKi第一节系统的设计与校正问题基本的控制规律基本的控制规律积分（积分（IntegralIntegral）控制规律）控制规律串联校正串联校正时，时，PIPI控制器相当于在系统中控制器相当于在系统中增加增加了一个了一个位于位于原点的原点的开环极点开环极点，同时也，同时也增加增加了一个了一个位于位于SS平面左半平平面左半平面的面的开环零点开环零点。在在控制工程实践控制工程实践中，中

8、，PIPI控制器主要用来控制器主要用来改善改善控制系统的控制系统的稳态性能稳态性能。)(sE)(sC)(sR)(sM)11(sTKip 第一节系统的设计与校正问题基本的控制规律基本的控制规律比例比例积分（积分（Proportion-IntegralProportion-Integral）控制规律）控制规律这种组合具有三种基本规律的各自特点。这种组合具有三种基本规律的各自特点。当当PIDPID控制器控制器进行进行串联校正串联校正时，可使系统增加一个位于原时，可使系统增加一个位于原点的开环极点、二个负实零点；点的开环极点、二个负实零点；因而除了具有提高系统因而除了具有提高系统稳态性能稳态性能的优点外，还在提高系