系统校正概述

1、1自动控制原理 频率特性法（71） （系统校正）上海交通大学自动化系田作华 27-1系统设计概述 系统分析：在系统的结构、参数已知的情况下，计算出它的性能。 系统校正：在系统分析的基础上，引入某些参数可以根据需要而改变的辅助装置，来改善系统的性能，这里所用的辅助装置又叫校正装置。 一般说来，原始系统除放大器增益可调外，其结构参数不能任意改变，有的地方将这些部分称之为“不可变部分”。这样的系统常常不能满足要求。如为了改善系统的稳态性能可考虑提高增益，但系统的稳定性常常受到破坏，甚至有可能造成不稳定。为此，人们常常在系统中引入一些特殊的环节校正装置，以改善其性能指标。3 一、常用的几种校正方法：

2、1. 从校正装置在系统中的连接方式来看，可分为： 串联校正 反馈校正 前馈校正：输入控制方式 前馈校正：干扰控制方式4 校正类型比较：串联校正: 分析简单，应用范围广，易于理解、接受。反馈校正: 常用于系统中高功率点传向低功率点的场合，一般无附加放大器，所以所要元件比串联校正少。另一个突出优点是：只要合理地选取校正装置参数，可消除原系统中不可变部分参数波动对系统性能的影响。 在 特殊的系统中，常常同时采用串联 、反馈和前馈校正。5 2从校正装置自身有无放大能力来看，可分为： 无源校正装置: 自身无放大能力，通常由RC网络组成，在信号传递中，会产生幅值衰减,且输入阻抗低，输出阻抗高，常需要引入附

3、加的放大器，补偿幅值衰减和进行阻抗匹配。 无源串联校正装置通常被安置在前向通道中能量较低的部位上（参见书最后附表） 。 有源校正装置： 常由运算放大器和RC网络共同组成，该装置自身具有能量放大与补偿能力，且易于进行阻抗匹配，所以使用范围与无源校正装置相比要广泛得多。6 稳 定 性 是系统工作的前提， 稳态特性 反映了系统稳定后的精度， 动态特性 反映了系统响应的快速性。 人们追求的是稳定性好，精度高，响应快。 不同域中的性能指标的形式又各不相同： 1时域指标：超调量p、过渡过程时间t s、以及 峰值时间tp、上升时间tr等。 2频域指标：（以对数频率特性为例） 开环：剪切频率c、相位裕量r及增

4、益裕量 Kg等。 闭环：谐振峰值Mr、谐振频率r及带宽b等。二、不同域中动态性能指标的表示及其转换78 （一）时域与开环频域之间动态性能指标的关系 主要讨论 、 与c、 之间的关系 研究表明，对于二阶系统来说，不同域中的指标转换有严格的数学关系。而对于高阶系统来说，这种关系比较复杂，工程上常常用近似公式或曲线来表达它们之间的相互联系。 1) 二阶系统 9（a） 与 之间的关系 式中: 10 又因为 与 的关系是通过中间参数相联系的。 对于二阶系统来说， 越小， 越大； 为使二阶系统不至于振荡得太厉害以及调节时间太长，一般取：300 70011 （b） 与 、 之间的关系 可见，确定以后，增益剪

5、切频率c大的系统，过 渡过程时间 ts 短，而且正好是反比关系。 12 2)、高阶系统 经验公式：13 用开环频率特性进行系统设计，应注意以下几点： （1）稳态特性 要求具有一阶或二阶无静差特性，开环幅频低频斜率应有-20或-40。为保证精度，低频段应有较高增益。 （2）动态特性 为了有一定稳定裕度，动态过程有较好的平稳性，一般要求开环幅频特性斜率以-20穿过零分贝线，且有一定的宽度。为了提高系统的快速性，应有尽可能大的c。 （3）抗干扰性 为了提高抗高频干扰能力，开环幅频特性高频段应有较大的斜率。高频段特性是由小时间常数的环节决定的，因其转折频率远离c，所以对的系统动态响应影响不大。但从抗干扰能力来看，则需引起重视。14（二）时域与复域 之间动态性能指标的关系主要讨论 p 、 ts与、 n之间的关系二阶系统： 高阶系统： 取其主导极点，近似为二阶系统进 行分析。15时域与复域、频域动态性能指标转换16 （1） 二阶系统 1）p与Mr的关系 可看出，对于相同的 来说，Mr越小，p也越小；如果Mr较高，系统的超调量p也加大，且收敛慢，平稳性及快速性都差。附:时域与闭环频域指标的关系 主要研究p、ts与Mr、r、b之间的关系 17 2） 与b的关系 不难发现问题，b与Mr均与 有关。对于给定的（或谐振峰值Mr），ts与b成反比。 b大，则说明系统自身的系统的快速