第6章-线性系统的校正方法课件

第六章第六章 线性系统的频率法校正线性系统的频率法校正z本章主要与学习重点本章主要与学习重点z第一节第一节 系统的设计与问题系统的设计与问题z第二节第二节 常用校正装置及特性常用校正装置及特性z第三节第三节 串联校正串联校正 z第四节第四节 反馈校正反馈校正z第四节第四节 复合校正复合校正z小结小结6/16/20241Automatic Control Principle第六章 线性系统的频率法校正本章主要与学习重点8/9/本章主要内容本章主要内容本章主要内容本章主要内容 本章介绍了控制系本章介绍了控制系本章介绍了控制系本章介绍了控制系统校正的基本概念、统校正的基本概念、统校正的基本概念、统校正的基本概念、常用校正方法和常见常用校正方法和常见常用校正方法和常见常用校正方法和常见校正装置的特性，主校正装置的特性，主校正装置的特性，主校正装置的特性，主要阐述了利用频率特要阐述了利用频率特要阐述了利用频率特要阐述了利用频率特性进行串联超前、迟性进行串联超前、迟性进行串联超前、迟性进行串联超前、迟后、后、后、后、超超超超前前前前迟后迟后迟后迟后校正、校正、校正、校正、反馈和复合校正的原反馈和复合校正的原反馈和复合校正的原反馈和复合校正的原理和基本方法理和基本方法理和基本方法理和基本方法本章重点本章重点本章重点本章重点 要要要要求求求求掌掌掌掌握握握握系系系系统统统统校校校校正正正正的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念、校校校校正正正正方方方方法法法法和和和和校校校校正正正正装装装装置置置置的的的的特特特特性性性性与与与与用用用用途途途途,重重重重点点点点掌掌掌掌握握握握频频频频率率率率特特特特性性性性法法法法进进进进行行行行系系系系统统统统串串串串联联联联超超超超前前前前、迟迟迟迟后后后后以以以以及及及及超超超超前前前前迟迟迟迟后后后后综综综综合合合合校校校校正正正正的的的的原原原原理理理理和和和和方方方方法法法法,同同同同时时时时深深深深入入入入了了了了解解解解反馈校正的原理反馈校正的原理反馈校正的原理反馈校正的原理6/16/20242Automatic Control Principle本章主要内容本章重点8/9/20232Automatic Cz系统的分析问题系统的分析问题：在系统结构和参数已经确定的情：在系统结构和参数已经确定的情况下，计算或估算系统的性能指标。况下，计算或估算系统的性能指标。z但在实际中常常提出相反的要求但在实际中常常提出相反的要求控制系统的校正，控制系统的校正，是是系统设计系统设计的一个组成部分的一个组成部分z校正校正：在系统中加入校正：在系统中加入校正 环节（或装置）改善系环节（或装置）改善系统性能，满足统性能，满足给定的给定的性能指标性能指标z性能指标确定的原则：便于物理实现、经济性好、性能指标确定的原则：便于物理实现、经济性好、可靠性高；局部与整体的配合可靠性高；局部与整体的配合6-1 系统的设计与校正问题系统的设计与校正问题当当被控对象给定被控对象给定后，后，设计一个实际的控制系统设计一个实际的控制系统一般要一般要确定：确定：（1）根据所要求的被控信号的最大速度或速度等，）根据所要求的被控信号的最大速度或速度等，初初步选择执行元件步选择执行元件的形式、特性和参数。的形式、特性和参数。（2）根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的）根据要求的测量精度、抗扰动能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素，物理性质、测量过程中的惯性、非线性度等因素，选选择测量元件择测量元件。（3）根据执行元件的功率要求，选择功率放大器；根）根据执行元件的功率要求，选择功率放大器；根据系统设计增益的要求确定增益可调的前置据系统设计增益的要求确定增益可调的前置放大器放大器。若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数，不若仅靠调整放大器增益或系统已有的元部件参数，不能使得系统性能指标满足要求，则要在系统中加入参能使得系统性能指标满足要求，则要在系统中加入参数及特性可调整的数及特性可调整的校正装置校正装置。6/16/20243Automatic Control Principle6-1 系统的设计与校正问题当被控对象给定后，设计一个实际的z校正设计方法分类：校正设计方法分类：（1）时域性能指标：单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、）时域性能指标：单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等；超调量、阻尼比、稳态误差等；根轨迹法校正根轨迹法校正（2）频域性能指标：相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环）频域性能指标：相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、静态误差系数等带宽、静态误差系数等频率法校正频率法校正。在实际应用中频率法校正更加广泛。两种指标可互换。在实际应用中频率法校正更加广泛。两种指标可互换。z频率法的校正装置设计频率法的校正装置设计 (1)试探法（分析法），试探法（分析法），(2)希望特性法希望特性法（综合法）（综合法）主要主要主要主要适合于最小相位系统适合于最小相位系统适合于最小相位系统适合于最小相位系统z主要校正方式：串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校主要校正方式：串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校正。正。6/16/20244Automatic Control Principle校正设计方法分类：8/9/20234Automatic Co串联校正串联校正与反馈校正与反馈校正串联串联校正校正被控被控对象对象反馈反馈校正校正前置放大、前置放大、功率放大功率放大前馈校正前馈校正前馈前馈校正校正被控被控对象对象反馈反馈校正校正前置放大、前置放大、功率放大功率放大6/16/20247Automatic Control Principle串联校正串联校正被控对象反馈校正前置放大、功率放大前馈校正前复合校正复合校正G1(s)G2(s)Gn(s)G1(s)G2(s)Gr(s)6/16/20248Automatic Control Principle复合校正G1(s)G2(s)Gn(s)G1(s)G2(s)G 基本控制规律基本控制规律基本控制规律基本控制规律（1）比例（）比例（P）控制）控制（2）比例）比例-微分（微分（PD）控制）控制 PD控制器中的微分控制规律，控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早，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(超前超前)校正时，可使系统增加一个开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于校正时，可使系统增加一个开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统系统动态性能的改善。动态性能的改善。在串联校正中，加大控制器增益，可以提高系统的开环增在串联校正中，加大控制器增益，可以提高系统的开环增益，益，减小系统稳态误差减小系统稳态误差，从而提高系统的控制精度，但，从而提高系统的控制精度，但会降低会降低系统的相对稳定性系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。因此在系，甚至可能造成闭环系统不稳定。因此在系统校正设计中，统校正设计中，很少单独很少单独使用比例控制规律使用比例控制规律6/16/20249Automatic Control Principle基本控制规律（1）比例（P）控制（2）比例-微分（PD）控（3）积分（）积分（I）控制）控制（4）比例）比例-积分（积分（PI）控制）控制 在串联校正中在串联校正中,采用积分控制可提高系统采用积分控制可提高系统型别型别，有利于系统，有利于系统稳态性能的提高稳态性能的提高，但积分控制使系统增加了一个位于原点的，但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，于系统的稳定性不利。开环极点，于系统的稳定性不利。在串联在串联(迟后迟后)校正时，校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个控制器相当于在系统中增加了一个位于位于原点的开环极点原点的开环极点，同时增加了一个位于，同时增加了一个位于s左半平面的左半平面的开环开环零点零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以减小系统的稳态误差，位于原点的极点可以提高系统的型别，以减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。在控制工程实践中，响。在控制工程实践中，PI控制器主要用来控制器主要用来改善稳态性能改善稳态性能.6/16/202410Automatic Control Principle（3）积分（I）控制（4）比例-积分（PI）控制 在串例例 设比例设比例-积分控制系统，对象传递函数积分控制系统，对象传递函数为为 分析分析PI 控制对系统稳态性能的改善控制对系统稳态性能的改善。没有没有PI控制或比例控制，系统稳态误差为控制或比例控制，系统稳态误差为 或或 采用采用PI控制，稳态误差为零控制，稳态误差为零而且可以调整积分时间常数而且可以调整积分时间常数 ，使得系统闭环稳定，使得系统闭环稳定。解：解：6/16/202411Automatic Control Principle例 设比例-积分控制系统，对象传递函数为 分析PI （5）比例）比例-积分积分-微分（微分（PID）控制）控制6/16/202412Automatic Control Principle（5）比例-积分-微分（PID）控制8/9/202312Au PID在串联校正时，除可提高系统的型别外，在串联校正时，除可提高系统的型别外，还将增加了还将增加了二个负实零点二个负实零点。多增加的负实零点可减小系统的阻尼程度，从。多增加的负实零点可减小系统的阻尼程度，从而在提高系统而在提高系统动态性能动态性能方面比方面比PI具有更大的优越性具有更大的优越性.6/16/202413Automatic Control Principle PID在串联校正时，除可提高系统的型别外，还将无源校正网络无源校正网络:通常是由一些阻容元件组成的。根据网络特通常是由一些阻容元件组成的。根据网络特性，可分为相位超前、相位迟后、相位性，可分为相位超前、相位迟后、相位迟迟后一超前校正网络。后一超前校正网络。有源校正网络：无源网络与运算放大器有源校正网络：无源网络与运算放大器;测速发电机与无源测速发电机与无源网络网络1 1、RC超前网络超前网络6-2 常用校正装置、特性及串联校正常用校正装置、特性及串联校正6/16/202414Automatic Control Principle无源校正网络:通常是由一些阻容元件组成的。根据网络特对数频率特性对数频率特性进一步进一步需要设计的校正装置需要设计的校正装置实际校正网络实际校正网络1/T1/aT6/16/202415Automatic Control Principle对数频率特性进一步需要设计的校正装置实际校正网络1/T1/a分度系数分度系数 的选择的选择(微分微分)对于无源超前校正主要是确对于无源超前校正主要是确定定两端的交接频率两端的交接频率，进而才，进而才能确定校正网络。能确定校正网络。6/16/202416Automatic Control Principle分度系数 的选择(微分)对于无源超前校正主要是确定2、串联超前校正设计步骤：、串联超前校正设计步骤：（1）根据稳态指标要求，确定开环增益）根据稳态指标要求，确定开环增益K；（2）由已知的开环增益，计算未校正系统的相角裕）由已知的开环增益，计算未校正系统的相角裕度；度；（3）若）若 未给定未给定,则根据设计指标要求，确定在系则根据设计指标要求，确定在系统中需要增加的相角超前量统中需要增加的相角超前量（4）确定）确定（5）若）若 已经给定已经给定,则选则选 ；然后；然后由由 确定确定a（6）计算）计算（7）验算）验算6/16/202417Automatic Control Principle2、串联超前校正设计步骤：8/9/202317Automat例例 设单位反馈系统，被控对象传递函数设单位反馈系统，被控对象传递函数要求在单位斜坡信号作用下，输出稳态误差：要求在单位斜坡信号作用下，输出稳态误差：开环系统截止频率：开环系统截止频率：相角裕度：相角裕度：试设计串联无源超前网络。试设计串联无源超前网络。解：解：6/16/202418Automatic Control Principle例 设单位反馈系统，被控对象传递函数要求在单位斜坡信号作用下(2)未校正系统开环传递函数未校正系统开环传递函数6/16/202419Automatic Control Principle(2)未校正系统开环传递函数8/9/202319Automa放大器增益再提高放大器增益再提高a=4倍，抵消校正网络的衰减。倍，抵消校正网络的衰减。(3)确定确定求出交接频率求出交接频率6/16/202420Automatic Control Principle放大器增益再提高a=4倍，抵消校正网络的衰减。(3)确定求出校正后的系统开环传递函数校正后的系统开环传递函数验算验算6/16/202421Automatic Control Principle校正后的系统开环传递函数验算8/9/202321Automa3 3、串联超前校正的优点：、串联超前校正的优点：（1）主要效果是中频段的校正，使系统）主要效果是中频段的校正，使系统中频段中频段的斜的斜率为率为-20dB/dec,使系统具有使系统具有4560 的相角裕度的相角裕度（2）可以）可以加快加快系统的系统的反应速度反应速度(c)缺点：缺点：（1）因）因闭环带宽闭环带宽闭环带宽闭环带宽(抗干扰抗干扰抗干扰抗干扰)的要求，不能使分度系数的要求，不能使分度系数a过大。过大。（2）原系统在截止频率附近）原系统在截止频率附近相角迅速减小相角迅速减小相角迅速减小相角迅速减小时，不宜时，不宜用串联超前校正。用串联超前校正。6/16/202422Automatic Control Principle3、串联超前校正的优点：8/9/202322Automati特点：无源迟后网络对高频噪特点：无源迟后网络对高频噪声信号有削弱作用，声信号有削弱作用，b值越小，值越小，通过迟后网络的噪声电平就越通过迟后网络的噪声电平就越低。低。应用在对系统响应速度要求不应用在对系统响应速度要求不高，高，对噪声抑制要求较高的场合；对噪声抑制要求较高的场合；4 4、RC迟后网络迟后网络6/16/202423Automatic Control Principle特点：无源迟后网络对高频噪声信号有削弱作用，b值越小，通过迟利用网络的利用网络的高频衰减特性高频衰减特性高频衰减特性高频衰减特性，降低降低系统的开环系统的开环截止频率截止频率，来换取较大的相角裕度。来换取较大的相角裕度。为此，要避免因迟后网络带为此，要避免因迟后网络带来的最大迟后角发生在拟校来的最大迟后角发生在拟校正系统新的开环截止频率正系统新的开环截止频率 附近，以免附近，以免增加相角迟后量增加相角迟后量，影响动态性能影响动态性能.迟后网络用于串联校正的主要作用：迟后网络用于串联校正的主要作用：6/16/202424Automatic Control Principle利用网络的高频衰减特性，降低系统的开环截止频率，来换取较大的设系统为单位反馈设系统为单位反馈最小相位系统最小相位系统，（1）根据稳态误差要求，确定开环增益）根据稳态误差要求，确定开环增益K；（2）利用已确定的开环增益，绘制未校正系统的对数频率特性）利用已确定的开环增益，绘制未校正系统的对数频率特性，确定截止频率确定截止频率 、相角裕度、相角裕度 和幅值裕度和幅值裕度 ；（3）根据相角裕度）根据相角裕度 要求，选择校正后系统的截止频率要求，选择校正后系统的截止频率 :即即（4）选定迟后网络的交接频率）选定迟后网络的交接频率 1/bT 和和 1/T5、迟后校正网络设计步骤：、迟后校正网络设计步骤：6/16/202425Automatic Control Principle设系统为单位反馈最小相位系统，5、迟后校正网络设计步骤：8/例：设单位反馈控制系统的开环传递函数为例：设单位反馈控制系统的开环传递函数为要求：要求：试设计串联校正装置。试设计串联校正装置。解：解：6/16/202426Automatic Control Principle例：设单位反馈控制系统的开环传递函数为要求：试设计串联校正装 未校正系统不稳定，截止频率远大于要求值，通过串联单未校正系统不稳定，截止频率远大于要求值，通过串联单个超前校正环节不可能产生如此大的相位超前角，因此考虑个超前校正环节不可能产生如此大的相位超前角，因此考虑采用采用迟后校正迟后校正。6/16/202427Automatic Control Principle 未校正系统不稳定，截止频率远大于要求值，通过串联单个6/16/202428Automatic Control Principle8/9/202328Automatic Control Pr(5)校验：校验：6/16/202429Automatic Control Principle(5)校验：8/9/202329Automatic Cont若校验结果还不能完全满足设计要求，需要进一步调若校验结果还不能完全满足设计要求，需要进一步调整截止频率或附加的迟后环节相位补偿量整截止频率或附加的迟后环节相位补偿量6、串联超前校正和串联迟后校正的比较：、串联超前校正和串联迟后校正的比较：（1）超前校正：利用）超前校正：利用相位超前特性相位超前特性 迟后校正：利用迟后校正：利用高频段幅值衰减高频段幅值衰减特性特性（2）超前校正：要附加放大倍数）超前校正：要附加放大倍数 迟后校正：不需要附加放大倍数迟后校正：不需要附加放大倍数（3）超前校正：截止频率提高，带宽大于迟后校正，）超前校正：截止频率提高，带宽大于迟后校正，改善系统动态特性改善系统动态特性 迟后校正：降低截止频率，使得系统响应变慢迟后校正：降低截止频率，使得系统响应变慢6/16/202430Automatic Control Principle若校验结果还不能完全满足设计要求，需要进一步调整截止频率或附作业 P238y6-3y6-46/16/202431Automatic Control Principle作业 P2388/9/202331Automatic Co串联迟后串联迟后-超前校正超前校正当未校正系统不稳定，且系统指标既要考虑当未校正系统不稳定，且系统指标既要考虑稳态性能和稳态性能和稳态性能和稳态性能和动态性能动态性能动态性能动态性能指标指标（响应速度、相位裕度）时，仅用一种校（响应速度、相位裕度）时，仅用一种校正方式难以实现，这时可考虑串联迟后正方式难以实现，这时可考虑串联迟后-超前校正装置。超前校正装置。1、迟后、迟后超前校正网络超前校正网络6/16/202432Automatic Control Principle串联迟后-超前校正当未校正系统不稳定，且系统指标既要考虑稳网络的网络的迟后迟后部分：部分：网络的网络的超前超前部分：部分：因为因为6/16/202433Automatic Control Principle网络的迟后部分：网络的超前部分：因为8/9/202333Au2、串联迟后、串联迟后-超前校正设计步骤：超前校正设计步骤：（1）根据稳态性能确定开环增益）根据稳态性能确定开环增益K；（2）绘制未校正系统的对数幅频特性，求未校正系统的截）绘制未校正系统的对数幅频特性，求未校正系统的截止频率、相角裕度、幅值裕度止频率、相角裕度、幅值裕度（3）确定超前网络的交接频率）确定超前网络的交接频率 ：在未校正系统对数幅：在未校正系统对数幅频特性上选择频特性上选择 -20dB/dec 变为变为-40dB/dec的交接频率作为的交接频率作为（4）由响应速度选择截止频率）由响应速度选择截止频率 （5）校正网络衰减因子）校正网络衰减因子6/16/202434Automatic Control Principle2、串联迟后-超前校正设计步骤：8/9/202334Auto（6）根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频）根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频率率（7）校验）校验例：设未校正系统开环传递函数为例：设未校正系统开环传递函数为设计校正装置，使系统性能满足以下要求：设计校正装置，使系统性能满足以下要求：（1）误差系数）误差系数Kv=180/s（2）相角裕度为）相角裕度为（3）幅值裕度）幅值裕度10dB（4）调节时间调节时间3s6/16/202435Automatic Control Principle（6）根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频率例：设解：解：作未校正系统对数幅作未校正系统对数幅频特性频特性6/16/202436Automatic Control Principle解：作未校正系统对数幅频特性8/9/202336Automa(3)采用迟后采用迟后超前校正，考察未校正的对数幅频曲线可知：超前校正，考察未校正的对数幅频曲线可知：6/16/202437Automatic Control Principle(3)采用迟后超前校正，考察未校正的对数幅频曲线可知：8/校正后系统的截止频率：校正后系统的截止频率：超前部分超前部分迟后部分迟后部分6/16/202438Automatic Control Principle校正后系统的截止频率：超前部分迟后部分8/9/202338A根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频率根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频率(5)校正后系统校正后系统6/16/202439Automatic Control Principle根据相角裕度要求，估算校正网络迟后部分的交接频率(5)校正后中频带宽中频带宽6/16/202440Automatic Control Principle中频带宽8/9/202340Automatic Contro检验：检验：6/16/202441Automatic Control Principle检验：8/9/202341Automatic Control有源校正装置：无源网络与运算放大器有源校正装置：无源网络与运算放大器 测速发电机与无源网络测速发电机与无源网络有源校正有源校正6/16/202442Automatic Control Principle有源校正装置：无源网络与运算放大器有源校正8/9/2023反馈校正的基本原理反馈校正的基本原理反馈校正的基本原理反馈校正的基本原理:用反馈校正装置用反馈校正装置用反馈校正装置用反馈校正装置包围待校正系统包围待校正系统包围待校正系统包围待校正系统中中中中对对对对系统性能有妨碍作用的某些环节系统性能有妨碍作用的某些环节系统性能有妨碍作用的某些环节系统性能有妨碍作用的某些环节,在局部反馈回路的开环在局部反馈回路的开环在局部反馈回路的开环在局部反馈回路的开环幅值幅值幅值幅值11的条件下的条件下的条件下的条件下,局部反馈回路的特性局部反馈回路的特性局部反馈回路的特性局部反馈回路的特性主要取决于反馈校正装主要取决于反馈校正装主要取决于反馈校正装主要取决于反馈校正装置置置置,从而可从而可从而可从而可抑制某些环节的不良影响抑制某些环节的不良影响抑制某些环节的不良影响抑制某些环节的不良影响。6-4 反反 馈馈 校校 正正C(s)/R1(s)=G2(s)/1+G2(s)Gc(s)通过适当选择反馈通道的传递函数通过适当选择反馈通道的传递函数Gc(s)，使，使|G2(s)Gc(s)|1则则 C(s)/R1(s)1/Gc(s)系统局部反馈回路的传递函数系统局部反馈回路的传递函数采用局部反馈后，采用局部反馈后，采用局部反馈后，采用局部反馈后，C(s)C(s)只与反馈校正传递函数只与反馈校正传递函数只与反馈校正传递函数只与反馈校正传递函数GGc c(s)(s)的倒数有的倒数有的倒数有的倒数有关，而与关，而与关，而与关，而与GG2 2(s)(s)无关。无关。无关。无关。6/16/202443Automatic Control Principle反馈校正的基本原理:用反馈校正装置包围待校正系统中对系统 反馈校正的作用反馈校正的作用反馈校正的作用反馈校正的作用(1)(1)减小被包围环节的时间常数，扩展该环节的带宽减小被包围环节的时间常数，扩展该环节的带宽减小被包围环节的时间常数，扩展该环节的带宽减小被包围环节的时间常数，扩展该环节的带宽 如图所示，设如图所示，设G(s)为惯性环节，则被为惯性环节，则被比例负反馈包围后的传函为：比例负反馈包围后的传函为：惯性环节采用比例负反馈后惯性环节采用比例负反馈后惯性环节采用比例负反馈后惯性环节采用比例负反馈后仍为惯性环节仍为惯性环节仍为惯性环节仍为惯性环节，其时间常数，其时间常数，其时间常数，其时间常数TT小小小小于于于于T T，惯性削弱惯性削弱惯性削弱惯性削弱。且比例负反馈越强，惯性将越小。且比例负反馈越强，惯性将越小。且比例负反馈越强，惯性将越小。且比例负反馈越强，惯性将越小。放大系数降低了，因此放大系数降低了，因此放大系数降低了，因此放大系数降低了，因此需要需要需要需要加入附加放大器加入附加放大器加入附加放大器加入附加放大器来进行补偿。来进行补偿。来进行补偿。来进行补偿。由于时间常数变小，对数频率特性曲线的交接频率、带宽频由于时间常数变小，对数频率特性曲线的交接频率、带宽频由于时间常数变小，对数频率特性曲线的交接频率、带宽频由于时间常数变小，对数频率特性曲线的交接频率、带宽频率等将相应的扩大，从而使率等将相应的扩大，从而使率等将相应的扩大，从而使率等将相应的扩大，从而使响应速度加快响应速度加快响应速度加快响应速度加快.6/16/202444Automatic Control Principle反馈校正的作用 如图所示，设G(s)为惯性环节，则被比例负(2)(2)可以减弱参数变化及消除系统中性能差的元件可以减弱参数变化及消除系统中性能差的元件可以减弱参数变化及消除系统中性能差的元件可以减弱参数变化及消除系统中性能差的元件对系统性能的影响对系统性能的影响对系统性能的影响对系统性能的影响如图如图(a)开环系统，设参数变开环系统，设参数变化化G(s)，C(s)，这时开，这时开环系统的输出为环系统的输出为 C(s)+C(s)=G(s)+G(s)R(s)因为因为 C(s)=G(s)R(s)则则 C(s)=G(s)R(s)对于开环系统，参数变化对系统输出的影响与传递函数的变对于开环系统，参数变化对系统输出的影响与传递函数的变对于开环系统，参数变化对系统输出的影响与传递函数的变对于开环系统，参数变化对系统输出的影响与传递函数的变化化化化G(s)G(s)成正比。成正比。成正比。成正比。6/16/202445Automatic Control Principle(2)可以减弱参数变化及消除系统中性能差的元件对系统性能的影通常通常通常通常|G(s)|G(s)|G(s)|G(s)|于是近似有于是近似有于是近似有于是近似有C(s)C(s)G(s)/1+G(s)G(s)/1+G(s)2 2 R(s)R(s)因参数变化，闭环系统输出的变化只是开环系统的因参数变化，闭环系统输出的变化只是开环系统的因参数变化，闭环系统输出的变化只是开环系统的因参数变化，闭环系统输出的变化只是开环系统的1 11+G(s)1+G(s)2 2倍。倍。倍。倍。由于在许多情况中，由于在许多情况中，由于在许多情况中，由于在许多情况中，1+G(s)1+G(s)的值远远大于的值远远大于的值远远大于的值远远大于1 1。为了减。为了减。为了减。为了减小元件参数变化对系统的影响，通常对精度低的元件并联小元件参数变化对系统的影响，通常对精度低的元件并联小元件参数变化对系统的影响，通常对精度低的元件并联小元件参数变化对系统的影响，通常对精度低的元件并联一个反馈回路。一个反馈回路。一个反馈回路。一个反馈回路。对于如图对于如图对于如图对于如图(b)(b)所示的闭环系统，如果发生上述参数变所示的闭环系统，如果发生上述参数变所示的闭环系统，如果发生上述参数变所示的闭环系统，如果发生上述参数变化，则闭环系统的输出为化，则闭环系统的输出为化，则闭环系统的输出为化，则闭环系统的输出为 C(s)+C(s)+C(s)=G(s)+C(s)=G(s)+G(s)/1+G(s)+G(s)/1+G(s)+G(s)R(s)G(s)R(s)6/16/202446Automatic Control Principle对于如图(b)所示的闭环系统，如果发生上述参数变化，则闭环(3)(3)削弱非线性特性的影响削弱非线性特性的影响削弱非线性特性的影响削弱非线性特性的影响(4)(4)抑制系统噪声抑制系统噪声抑制系统噪声抑制系统噪声设计举例：设计举例：测速：测速-相角超前网络反馈校正相角超前网络反馈校正系统结构如图所示系统结构如图所示未校正系统的参数未校正系统的参数：要求校正后系统要求校正后系统：具有一定的噪声抑制能力，试确定测速反馈系数具有一定的噪声抑制能力，试确定测速反馈系数 和超前网络时间常数和超前网络时间常数 6/16/202447Automatic Control Principle(3)削弱非线性特性的影响(4)抑制系统噪声设计举例：测解：已校正系统开环传递函数解：已校正系统开环传递函数特点：（特点：（1）校正后系统的开环增益不变；）校正后系统的开环增益不变；（2）在参数选择时，若保证）在参数选择时，若保证因此考察因此考察：相当于串相当于串联迟后校联迟后校正部分正部分保持增益不变，保持增益不变，时间常数减少时间常数减少的测速反馈部的测速反馈部分分6/16/202448Automatic Control Principle解：已校正系统开环传递函数特点：（1）校正后系统的开环增益不用分析法选择反馈校正装置的参数：用分析法选择反馈校正装置的参数：（1）绘制未校正系统对数幅频特性，确定系统的截止频率和）绘制未校正系统对数幅频特性，确定系统的截止频率和相角裕度。相角裕度。最后选择适当的测速发电机和超前网络。最后选择适当的测速发电机和超前网络。令令的不同的值，选出满足相角裕度和的不同的值，选出满足相角裕度和截止频率指标要求的截止频率指标要求的 值，再计算测速反馈系数值，再计算测速反馈系数 和超前网络时间常数和超前网络时间常数相角裕度偏小，相对稳定性较差，噪声电压较高。相角裕度偏小，相对稳定性较差，噪声电压较高。6/16/202449Automatic Control Principle用分析法选择反馈校正装置的参数：（1）绘制未校正系统对数幅频（2）选择测速校正参数）选择测速校正参数截止频率太高，使得抑制噪声能力下降。截止频率太高，使得抑制噪声能力下降。6/16/202450Automatic Control Principle（2）选择测速校正参数截止频率太高，使得抑制噪声能力下降。8（3）加入等效串联迟后校正，选择时间常数）加入等效串联迟后校正，选择时间常数校正后系统校正后系统（4）选择测速发电机与无源超前网络）选择测速发电机与无源超前网络6/16/202451Automatic Control Principle（3）加入等效串联迟后校正，选择时间常数校正后系统（4）选择z 小小 结结y控制系统的校正是古典控制论中最接近生控制系统的校正是古典控制论中最接近生控制系统的校正是古典控制论中最接近生控制系统的校正是古典控制论中最接近生产实际的内容之一。需校正的控制系统往产实际的内容之一。需校正的控制系统往产实际的内容之一。需校正的控制系统往产实际的内容之一。需校正的控制系统往往来源于各个领域，故校正问题是关系到往来源于各个领域，故校正问题是关系到往来源于各个领域，故校正问题是关系到往来源于各个领域，故校正问题是关系到能否能否能否能否解决实际问题解决实际问题解决实际问题解决实际问题的关键。掌握好必要的的关键。掌握好必要的的关键。掌握好必要的的关键。掌握好必要的理论方法，积累更多的经验，将有助于知理论方法，积累更多的经验，将有助于知理论方法，积累更多的经验，将有助于知理论方法，积累更多的经验，将有助于知识在生产实践中的转化。识在生产实践中的转化。识在生产实践中的转化。识在生产实践中的转化。y串联校正串联校正串联校正串联校正是应用最为广泛的校正方法，它是应用最为广泛的校正方法，它是应用最为广泛的校正方法，它是应用最为广泛的校正方法，它利用在闭环系统的前向通道上加入合适的利用在闭环系统的前向通道上加入合适的利用在闭环系统的前向通道上加入合适的利用在闭环系统的前向通道上加入合适的校正装置，并按频域指标改善波德图的形校正装置，并按频域指标改善波德图的形校正装置，并按频域指标改善波德图的形校正装置，并按频域指标改善波德图的形状，达到并满足控制系统对性能指标的要状，达到并满足控制系统对性能指标的要状，达到并满足控制系统对性能指标的要状，达到并满足控制系统对性能指标的要求。求。求。求。6/16/202452Automatic Control Principle 小 结8/9/202352Automatic Cony反馈校正反馈校正反馈校正反馈校正是另外一种常用的校正方法，它是另外一种常用的校正方法，它是另外一种常用的校正方法，它是另外一种常用的校正方法，它除了可除了可除了可除了可获获得与串得与串得与串得与串联联校正相似的效果外，校正相似的效果外，校正相似的效果外，校正相似的效果外，还还可改可改可改可改变变被其包被其包被其包被其包围围的被控的被控的被控的被控对对象的特性，特象的特性，特象的特性，特象的特性，特别别是在一定程度上抵消了参数波是在一定程度上抵消了参数波是在一定程度上抵消了参数波是在一定程度上抵消了参数波动对动对系系系系统统的的的的影响。但一般它要比串影响。但一般它要比串影响。但一般它要比串影响。但一般它要比串联联校正略校正略校正略校正略显显复复复复杂杂。6/16/202453Automatic Control Principle反馈校正是另外一种常用的校正方法，它除了可获得与串联校正相似作业yP240y6-66/16/202454Automatic Control Principle作业P2408/9/202354Automatic Cont6/16/202455Automatic Control Principle8/9/202355Automatic Control Pr精品课件精品课件！6/16/202456精品课件！8/9/202356精品课件精品课件！6/16/202457精品课件！8/9/2023576/16/202458Automatic Control Principle8/9/202358Automatic Control Pr