自动控制理论：6第六章 控制系统的校正-1.ppt

*
第六章 控制系统的校正
线性系统校正的基本概念
线性系统的基本控制规律
常用串联校正装置及其特性
校正装置设计的方法和依据
串联校正设计
。
为可调比例系数,当 消失后，输出信号 有可能是一个不为零的常量。
不宜采用单一的I控制器。
（3）积分（I）控制规律
在串联校正中，采用I控制器可以提高系统的型别（无差度），有利提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生 的相角滞后，于系统的稳定不利。
-
)
(
s
R
)
(
s
E
)
(
s
M
)
(
s
C
图6-6 I控制器
s
K
i
*
具有积分比例-积分控制规律的控制器，称为PI控制器。
-
)
(
s
R
)
(
s
E
)
(
s
M
)
(
s
C
)
1
1
(
s
T
K
i
p
+
图6-7 PI控制器
输出信号
同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。
为可调比例系数
开环极点，提高型别，减小稳态误差。
左半平面的开环零点，提高系统的阻尼程度，缓和PI极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数
足够大，PI控制器对系统的不利影响可大为减小。
（4）比例-积分（PI）控制规律
为可调积分时间系数
PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
*
输出响应
偏差
微分作用
控制信号
*
（5）比例（PID）控制规律
具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称为PID控制器。
如果
-
)
(
s
R
)
(
s
E
)
(
s
M
)
(
s
C
)
1
(
s
s
T
K
i
p
t
+
+
图6-9 PID控制器
*
I 积分发生在低频段，稳态性能(提高)
D微分发生在高频段，动态性能(改善)
增加一个极点，提高型别，稳态性能
两个负实零点，动态性能比PI更具优越性
1
2
3
两个零点
一个
极点
*
一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。
无源校正网络
超前校正
有源校正网络
一、无源超前校正装置（微分校正）
滞后校正
滞后超前校正
先讨论超前校正网络的特性，而后介绍基于频率响应法的超前校正装置的设计过程。
常用串联校正装置及其特性
*
r
u
c
u
1
R
2
R
C
图6-10 无源超前网络
如校正装置的相频特性在0＜＜频率范围内取正值，则为超前校正装置。又因超前校正装置具有微分特性，也称为微分校正。无源网络和有源网络均可实现超前校正。
1. 超前校正网络传递函数
*
令
则
注：采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降，因此需要提高放大器增益加以补偿。
图6-11 附加放大器的无源超前校正网络
r
u
c
u
1
R
2
R
C
a
超前校正网络传递函数又可以写成:
*
故超前网络的负实零点总是位于负实极点之右，两者之间的距离由常数 决定。
由于
可知改变
和T(即电路的参数
超前网络的零极点可在s平面的负实轴任意移动。
)的数值，
2. 超前网络的零极点分布
j
1
0
图 6-12
*
画出对数频率特性如下页图所示。显然，超前网络对频率在 之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。
3. 频率特性
频率特性表达式:
幅频特性
相频特性
*
10
-2
10
-1
10
0
10
1
0
5
10
15
20