自动控制 第六章第一讲学习资料

第六章线性系统的校正方法6.1系统的设计与校正问题6.2

基本控制规律6.3频率法串联校正6.4频率法反馈校正6.5控制系统的复合校正

控制系统迫使系统满足性能要求(设计系统)系统组成常用校正方式：串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校正控制系统的设计任务校正(补偿)：如果改变放大器增益仍不能满足系统性能指标要求，则要改变系统结构，或在系统中增加附加装置，对原系统（固有部分）再设计使之满足性能要求。系统设计的本质是确定合适的校正装置6.1系统的设计与校正问题不可变部分可变部分校正装置执行机构检测装置前放、功放器校正装置

控制精度稳态误差ess过渡过程响应特性时域：上升时间tr、超调量σ%、调节时间ts频域：谐振峰值Mr、截止频率ωc、谐振频率ωr、带宽ωb相对稳定性 增益裕量Kg、相位裕量(c)扰动的抑制 带宽ωb6.1.1性能指标

过渡过程响应特性时域：上升时间tr、超调量σ%、调节时间ts频域：谐振峰值Mr、截止频率ωc、谐振频率ωr、带宽ωb6.1.1性能指标

6.1.2系统带宽的选择如图示典型闭环幅频特性曲线低频变化缓慢，频率到某数值时，出现谐振（1）始值表征系统无差度,即低频段反映系统稳态性能。理解：bode曲线低频段反映了系统型别V和开环增益，而稳态误差由它们决定，见P115.从相位裕度γ考虑，所在的开环中频段斜率为-20dB/dec，同时中频段要占据一定的频率范围，以确保系统参数变化时，相角裕度变化不大，通常γ=45o左右。当考虑较强的信噪比时，处的斜率应小于。另外，不同对应不同的，设计时应选择切合实际的带宽。过了中频段，要求幅频特性迅速衰减，以削弱噪声，这是系统带宽应考虑的。带宽大可以复现输入信号，但带宽过大则引入噪声。（3）和表征系统的快速性，和的值越大，越小。介于ωr和之间，也可用衡量系统的快速性。（2）表征系统的振荡指标，越大，越大。一般，高频迅速衰减

进入系统的信号既有r(t)，又有噪声信号n(t)，如果r(t)的带宽,n(t)的带宽,则,且使处于之外。如图示，带宽能尽量复现r(t)且抑制n(t)。0φ(0)0.7.7ϕ(0)0ϕ(0)0.7.7ϕ(0)00

6.1.3校正方式四种校正方式：串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校正串联校正反馈校正前馈校正又称顺馈校正，是在主反馈之外的校正方式。对扰动进行补偿的前馈对给定值进行整形、滤波后，送入反馈系统串联校正控制器被控对象反馈校正前馈校正GO(s)控制器被控对象GO(s)前馈校正Gn(s)控制器被控对象GO(s)前馈校正可以单独作用于开环系统，也可以作为反馈控制系统的附加校正而组成复合控制系统。

前馈－反馈复合校正校正方式选择考虑的因素：信号性质；技术方便程度；供应的元件；其它要求（抗干扰、环境适应性、经济性）。串联校正：设计简单，容易对信号进行变换，但需注意负载效应的影响；反馈校正：可消除系统原有部分参数对系统影响，元件数也较少；复合校正：性能指标要求较高的系统。前馈校正GN(s)控制器被控对象GO(s)前馈校正Gr(s)控制器被控对象GO(s)按扰动补偿的复合控制按输入补偿的复合控制除此，还有串联－反馈复合校正。

对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算后形成的控制规律。比例控制（P）Proportional微分控制（D）积分控制（I）IntegralDerivative基本控制规律P、PI、PD或PID控制

PID控制参数整定方便，结构灵活6.1.4基本控制规律Ｐ、Ｉ、Ｄ的组合

一、比例控制（P）比例控制器是增益可调的放大器增大Kp，提高系统稳态精度，但又降低了系统的稳定性，甚至造成闭环不稳定。因此，很少单独使用比例控制规律。KPG

(s)H

(s)KP

对系统性能的影响正好相反。Kp>1开环增益K加大，ess减小；增大，缩短；相位裕量减小,稳定程度变差。要求原系统稳定裕量充分大时才用比例控制。Kp<1

二、比例微分（PD）控制交接频率

相位裕量增加，超调量减小，稳定性提高。

c增大，快速性提高。Kp＝1时，系统稳态性能没有变化。高频段增益上升，导致执行元件输出饱和，降低抗干扰的能力。(缺点)PD控制引入一阶微分,相位超前，改善系统的动态性能。G

(s)H

(s)

三、比例积分（PI）控制调节Ti

影响积分控制；调节Kp影响比例和积分部分。存在积分环节，PI控制器有记忆功能。转折频率

1=1/Ti一个积分环节

提高系统的稳态精度（系统型别提高）一个开环零点弥补积分环节对系统稳定性的不利影响

系统型别提高，稳态误差减小。相角裕量减小，稳定性变差，甚至会造成不稳定。G

(s)H

(s)

四、（PID）控制规律Kp＝1增加两个负实数零点

低频段，通过积分控制作用,改善系统的稳态性能；中频段，通过微分控制作用,提高系统的动态性能。通常PID控制器中

i<d（即Ti>τ）一般而论,开环频率特性的低频段表征闭环系统的稳态性能;中频段表征闭环系统的动态性能;高频段表征闭环系统的噪声抑制性能.

五、用最佳二阶系统法进行PID校正最佳二阶系统:当阻尼比为0.707时的