系統(tǒng)校正概述

1、1自動控制原理 頻率特性法（71） （系統(tǒng)校正）上海交通大學(xué)自動化系田作華 27-1系統(tǒng)設(shè)計概述 系統(tǒng)分析：在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)已知的情況下，計算出它的性能。 系統(tǒng)校正：在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，引入某些參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的輔助裝置，來改善系統(tǒng)的性能，這里所用的輔助裝置又叫校正裝置。 一般說來，原始系統(tǒng)除放大器增益可調(diào)外，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不能任意改變，有的地方將這些部分稱之為“不可變部分”。這樣的系統(tǒng)常常不能滿足要求。如為了改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能可考慮提高增益，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性常常受到破壞，甚至有可能造成不穩(wěn)定。為此，人們常常在系統(tǒng)中引入一些特殊的環(huán)節(jié)校正裝置，以改善其性能指標(biāo)。3 一、常用的幾種校正方法：

2、1. 從校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式來看，可分為： 串聯(lián)校正 反饋校正 前饋校正：輸入控制方式 前饋校正：干擾控制方式4 校正類型比較：串聯(lián)校正: 分析簡單，應(yīng)用范圍廣，易于理解、接受。反饋校正: 常用于系統(tǒng)中高功率點傳向低功率點的場合，一般無附加放大器，所以所要元件比串聯(lián)校正少。另一個突出優(yōu)點是：只要合理地選取校正裝置參數(shù)，可消除原系統(tǒng)中不可變部分參數(shù)波動對系統(tǒng)性能的影響。 在 特殊的系統(tǒng)中，常常同時采用串聯(lián) 、反饋和前饋校正。5 2從校正裝置自身有無放大能力來看，可分為： 無源校正裝置: 自身無放大能力，通常由RC網(wǎng)絡(luò)組成，在信號傳遞中，會產(chǎn)生幅值衰減,且輸入阻抗低，輸出阻抗高，常需要引入附

3、加的放大器，補(bǔ)償幅值衰減和進(jìn)行阻抗匹配。 無源串聯(lián)校正裝置通常被安置在前向通道中能量較低的部位上（參見書最后附表） 。 有源校正裝置： 常由運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)共同組成，該裝置自身具有能量放大與補(bǔ)償能力，且易于進(jìn)行阻抗匹配，所以使用范圍與無源校正裝置相比要廣泛得多。6 穩(wěn) 定 性 是系統(tǒng)工作的前提， 穩(wěn)態(tài)特性 反映了系統(tǒng)穩(wěn)定后的精度， 動態(tài)特性 反映了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。 人們追求的是穩(wěn)定性好，精度高，響應(yīng)快。 不同域中的性能指標(biāo)的形式又各不相同： 1時域指標(biāo)：超調(diào)量p、過渡過程時間t s、以及 峰值時間tp、上升時間tr等。 2頻域指標(biāo)：（以對數(shù)頻率特性為例） 開環(huán)：剪切頻率c、相位裕量r及增

4、益裕量 Kg等。 閉環(huán)：諧振峰值Mr、諧振頻率r及帶寬b等。二、不同域中動態(tài)性能指標(biāo)的表示及其轉(zhuǎn)換78 （一）時域與開環(huán)頻域之間動態(tài)性能指標(biāo)的關(guān)系 主要討論 、 與c、 之間的關(guān)系 研究表明，對于二階系統(tǒng)來說，不同域中的指標(biāo)轉(zhuǎn)換有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系。而對于高階系統(tǒng)來說，這種關(guān)系比較復(fù)雜，工程上常常用近似公式或曲線來表達(dá)它們之間的相互聯(lián)系。 1) 二階系統(tǒng) 9（a） 與 之間的關(guān)系 式中: 10 又因為 與 的關(guān)系是通過中間參數(shù)相聯(lián)系的。 對于二階系統(tǒng)來說， 越小， 越大； 為使二階系統(tǒng)不至于振蕩得太厲害以及調(diào)節(jié)時間太長，一般取：300 70011 （b） 與 、 之間的關(guān)系 可見，確定以后，增益剪

5、切頻率c大的系統(tǒng)，過 渡過程時間 ts 短，而且正好是反比關(guān)系。 12 2)、高階系統(tǒng) 經(jīng)驗公式：13 用開環(huán)頻率特性進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)注意以下幾點： （1）穩(wěn)態(tài)特性 要求具有一階或二階無靜差特性，開環(huán)幅頻低頻斜率應(yīng)有-20或-40。為保證精度，低頻段應(yīng)有較高增益。 （2）動態(tài)特性 為了有一定穩(wěn)定裕度，動態(tài)過程有較好的平穩(wěn)性，一般要求開環(huán)幅頻特性斜率以-20穿過零分貝線，且有一定的寬度。為了提高系統(tǒng)的快速性，應(yīng)有盡可能大的c。 （3）抗干擾性 為了提高抗高頻干擾能力，開環(huán)幅頻特性高頻段應(yīng)有較大的斜率。高頻段特性是由小時間常數(shù)的環(huán)節(jié)決定的，因其轉(zhuǎn)折頻率遠(yuǎn)離c，所以對的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)影響不大。但從抗干擾能力來看，則需引起重視。14（二）時域與復(fù)域 之間動態(tài)性能指標(biāo)的關(guān)系主要討論 p 、 ts與、 n之間的關(guān)系二階系統(tǒng)： 高階系統(tǒng)： 取其主導(dǎo)極點，近似為二階系統(tǒng)進(jìn) 行分析。15時域與復(fù)域、頻域動態(tài)性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換16 （1） 二階系統(tǒng) 1）p與Mr的關(guān)系 可看出，對于相同的 來說，Mr越小，p也越小；如果Mr較高，系統(tǒng)的超調(diào)量p也加大，且收斂慢，平穩(wěn)性及快速性都差。附:時域與閉環(huán)頻域指標(biāo)的關(guān)系 主要研究p、ts與Mr、r、b之間的關(guān)系 17 2） 與b的關(guān)系 不難發(fā)現(xiàn)問題，b與Mr均與 有關(guān)。對于給定的（或諧振峰值Mr），ts與b成反比。 b大，則說明系統(tǒng)自身的系統(tǒng)的快速