《自動控制原理》輔導資料十一

1、自動控制原理輔導資料十一主 題：線性控制系統(tǒng)的校正的輔導文章校正裝置及其特性、串聯(lián)校正、反饋校正學習時間：2012年12月10日12月16日內(nèi) 容：我們這周主要學習課件第6章線性控制系統(tǒng)的校正的內(nèi)容。希望通過下面的內(nèi)容能使同學們加深對線性控制系統(tǒng)的校正的相關知識的理解。注意：請同學根據(jù)老師標注的側(cè)重點選擇性學習。經(jīng)典控制理論中系統(tǒng)校正的研究方法主要有頻率法和根軌跡法，兩種方法可以自成體系獨立進行，也可以互為補充，且以頻率法較為普遍。本章將主要介紹線性控制系統(tǒng)的頻率特性校正法。一、概述1基本概念（要求掌握）l 校正裝置：為滿足系統(tǒng)性能要求而有目的地引入的裝置稱為校正裝置，一般用來表示。l 校正裝

2、置是控制器的一部分，它與基本組成部分一起構(gòu)成完整的控制器。l 在研究系統(tǒng)校正裝置時為了方便，將系統(tǒng)中除了校正裝置以外的部分，包括被控對象及控制器的基本組成部分一起，稱為系統(tǒng)的原有部分或不可變部分。 控制系統(tǒng)的校正，就是按給定的系統(tǒng)原有部分結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及性能指標要求，設計校正裝置，它是系統(tǒng)設計的一個組成部分。2.校正的基本形式1)串聯(lián)校正校正裝置與系統(tǒng)不可變部分串聯(lián)連接起來，則稱這種形式為串聯(lián)校正。圖1圖1中，為系統(tǒng)不可變部分傳遞函數(shù)，為校正裝置的傳遞函數(shù)。串聯(lián)校正從設計到實現(xiàn)均比較簡單，是設計中最常用的。2）反饋校正（并聯(lián)校正）如果從系統(tǒng)中某點引出反饋信號構(gòu)成反饋回路，并在反饋通道中安置傳遞函

3、數(shù)為的校正裝置，則稱這種形式的校正方式為反饋校正。圖2圖2中，為系統(tǒng)不可變部分傳遞函數(shù)，為反饋通道中安置傳遞函數(shù)。反饋校正的信號是從高功率點傳向低功率點，一般不需附加放大器。反饋校正的設計相對較為復雜。3）前饋校正前饋校正也稱為順饋校正。前饋校正是在系統(tǒng)主反饋回路之外采用的校正方式。前饋信號取自閉環(huán)外的系統(tǒng)輸入信號，由輸入直接連接到校正裝置，故稱為前饋校正。 按其所取的輸入信號性質(zhì)不同，可以分為按給定的前饋校正，以及按擾動的前饋校正。 前饋校正是基于開環(huán)補償?shù)霓k法來提高系統(tǒng)的精度，一般不單獨使用，通常作為反饋控制系統(tǒng)的附加校正而組成復合控制系統(tǒng)，以滿足某些性能要求較高的系統(tǒng)需要。 3頻域校正方

4、法在控制系統(tǒng)的頻域校正法設計中，常用的方法有綜合法和分析法兩種。1）綜合法又稱期望特性法 根據(jù)性能指標要求確定期望開環(huán)頻率特性形狀，然后將期望特性與系統(tǒng)原有部分特性進行比較，從而確定校正方式和校正裝置參數(shù)。 這種方法可能會使校正裝置的傳遞函數(shù)具有相當復雜的形式，因而不便于物理實現(xiàn)。 2）分析法又叫試探法根據(jù)經(jīng)驗確定校正方式，選擇一種校正裝置，然后由性能指標要求和系統(tǒng)原有部分特性選擇校正裝置的參數(shù)，最后驗算性能指標是否滿足要求。如果不能滿足，則改變校正裝置參數(shù)或校正方式，直到全部滿足給定的性能指標為止。 分析法比較直觀，物理上易于實現(xiàn)。要求設計者具有一定的實踐經(jīng)驗，工程實踐中被廣泛采用。二、校正

5、裝置及其特性（了解內(nèi)容）校正裝置可由不同物理屬性的元件組成，主要形式有電氣式、機械式、氣動式、液壓式或其它類型的裝置等。 一般情況下，常采用電氣校正裝置。而電氣校正裝置中最常見的則分為無源校正裝置和有源校正裝置。下面介紹它們的電路形式、傳遞函數(shù)、對數(shù)頻率特性以及零極點分布圖。 1.無源超前網(wǎng)絡1）無源超前網(wǎng)絡電路形式圖3 2）超前網(wǎng)絡的零、極點分布圖圖4 3）無源超前校正的傳遞函數(shù)超前網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)是 ：， 4）對數(shù)頻率特性根據(jù)，畫出對數(shù)頻率特性如下圖。圖5 當頻率等于最大超前角頻率時，相角超前量最大，以表示。， 2.無源滯后網(wǎng)絡1）無源滯后網(wǎng)絡電路形式圖62）滯后網(wǎng)絡的零、極點分布圖圖73）

6、無源滯后校正的傳遞函數(shù)，4）對數(shù)頻率特性圖8與超前網(wǎng)絡類似，滯后網(wǎng)絡的最大滯后角發(fā)生在1/T與1/bT的幾何中心處。，3.無源滯后-超前網(wǎng)絡1）滯后-超前網(wǎng)絡的電路形式圖92）滯后-超前網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)3）對數(shù)頻率特性設，對數(shù)頻率特性為圖104）滯后-超前網(wǎng)絡的零、極點分布圖圖11三、串聯(lián)校正（了解內(nèi)容）1.串聯(lián)超前校正串聯(lián)超前校正的基本原理是：利用超前網(wǎng)絡的相角超前特性。2.串聯(lián)滯后校正串聯(lián)滯后校正的基本原理是：利用滯后網(wǎng)絡的高頻幅值衰減特性。3.串聯(lián)滯后-超前校正若未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，并且對校正后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)都有較高要求時，宜于采用串聯(lián)滯后-超前校正裝置。利用校正網(wǎng)絡中的超前部分改善系統(tǒng)的

7、暫態(tài)性能，而校正網(wǎng)絡的滯后部分則可提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。四、反饋校正（了解內(nèi)容）反饋校正適用于：1.控制系統(tǒng)隨工作條件改變，其中一些參數(shù)可能變動的幅度較大； 2.在該系統(tǒng)中能取出適當?shù)姆答佇盘枴Ｎ?、典型例題解析1.列舉串聯(lián)超前校正與串聯(lián)滯后校正所具有的特性。答：1) 超前校正利用超前網(wǎng)絡相角超前特性，滯后校正利用滯后網(wǎng)絡的高頻幅值衰減特性。2) 超前校正和滯后校正都可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量。3) 對于同一系統(tǒng)，采用超前校正的系統(tǒng)帶寬大于采用滯后校正系統(tǒng)的帶寬。4) 超前校正可有效改善系統(tǒng)暫態(tài)性能，滯后校正可提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能。5) 在采用無源校正網(wǎng)絡時，超前校正要求一定的附加增益，而滯后校正不需要。2.設單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，若要求系統(tǒng)截止頻率，試求相應的