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第六章线性系统的校正方法 本章主要内容： 一、系统的设计与校正问题 二、常用校正装置及其特性 三、串联校正 四、复合校正 第六章线性系统的校正方法 本章将讨论如何根据被控对象及给定的技术指标要求 设计自动控制系统。 在工程实践中，由于控制系统的性能指标不能满足要 求，需要在系统中加入一些适当的元件或装置去补偿和提高 系统的性能，以满足性能指标的要求。这一过程我们称为校 正。 目前工程实践中常用的校正方式有串联校正、反馈校正 和复合校正三种。 第六章线性系统的校正方法 本章要求 : 1、了解系统校正方式的结构和基本控制规律； 2、掌握常用校正装置的频率特性及其作用； 3、掌握选择校正装置的方法； 4、重点掌握串联校正设计方法； 5、掌握反馈校正、复合校正的设计方法； 6、掌握指标验证的方法。 一、系统的设计与校正问题 本节主要内容： 1、控制系统的性能指标。 2、系统带宽的确定 3、校正方式 4、基本控制规律 一、系统的设计与校正问题 （1） 6 -1-1 控制系统的性能指标 1、稳态性能指标 在控制系统设计中，采用的设计方法一般依据性能指标的形式而定。系统性能指标有频域指标与时域指标，目前，工程技术界多习惯采用频率法，故通常通过近似公式进行两种指标的互换。 二阶系统频域指标与时域指标的关系 谐振峰值 谐振频率 一、系统的设计与校正问题 （2） 带宽频率 截止频率 相角裕度 超调量 调节时间 或 一、系统的设计与校正问题 （3） （2）高阶系统频域指标与时域指标的关系 谐振峰值 超调量 调节时间 一、系统的设计与校正问题 （4） 6-1-2 系统带宽 的确定 为使系统能够准确复现输入信号，要求系统具有较大的 带宽；然而从抑制噪声角度来看，又不希望系统的带宽过大。 此外，为了使系统具有较高的稳定裕度，希望系统开环对数 幅频特性在截止频率 处的斜率为 ，但从要求系 统具有较强的从噪声中辨识信号的能力来考虑，却又希望 处的斜率小于 。由于不同的开环系统截止频率 对 应于不同的闭环系统带宽频率 ，因此在系统设计时，必须 选择切合实际的系统带宽。 一、系统的设计与校正问题 （5） 一个设计良好的实际运行系统，其相角裕度具有 左 右的数值。要实现左右的相角裕度要求，开环对数幅频特性 在中频区的斜率应为 ，同时要求中频区占据一定 的频率范围，以保证在系统参数变化时，相角裕度变化不大。 控制系统的带宽频率通常取 为 ，且使 处于 范围之外， 如图所示。 一、系统的设计与校正问题 （6） 6-1-3 校正方式 按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方 式可分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。 串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器 之前，串接于系统前向通道之中；反馈校正装置接在系统 局部反馈通路之中。串联校正与反馈校正连接方式如图所示。 一、系统的设计与校正问题 （7） 前馈校正又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用 的校正方式。如图所示。 一、系统的设计与校正问题 （8） 复合校正方式是在反馈控制回路中，加入前馈校正通 路，组成一个 有机整体， 如图所示。 一、系统的设计与校正问题 （9） 6-1-4 基本控制规律 1 比例 控制规律 具有比例控制规律的控制器，称为P控制器，如图所示。 其中 称为P控制器增益。 P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，加大控制器增 益，可以提高系统的开环 增益，减小系统稳态误差，提高系统的控制精度，但会降 低系统的相对稳定性，甚至造成闭环系统不稳定。因此， 在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律。 一、系统的设计与校正问题（10） 2 比例-微分 控制规律 具有比例－微分控制规律的控制器，称为PD控制器， 其输出 与输入 的关系如下式 所示： 为比例系数； 为微分 时间常数。PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号 的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼 程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增 加一个