系统的矫正方法.pptx

机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法本章重点和难点本章重点和难点重点：重点：校正的方式及装置校正的方式及装置 各种校正的特点及步骤各种校正的特点及步骤难点：难点：校正方法的确定校正方法的确定 系统校正的几种方法和基本控制规律概念的理解系统校正的几种方法和基本控制规律概念的理解机机 械械 控控 制制 理理 论论6-1 系统校正的一般概念系统校正的一般概念 6-2 频率法串联校正频率法串联校正 6-3 频率法反馈校正频率法反馈校正第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 对于控制系统，系统的性能是有一定要求的。对于控制系统，系统的性能是有一定要求的。当通过调整系统的增益仍然不能全面满足设计要求当通过调整系统的增益仍然不能全面满足设计要求的性能指标时，就要在系统中增加一些元件和装置，的性能指标时，就要在系统中增加一些元件和装置，以使系统达到所要求的性能指标。进行控制系统的以使系统达到所要求的性能指标。进行控制系统的校正设计，不仅要了解不可变部分的结构和参数，校正设计，不仅要了解不可变部分的结构和参数，还要了解系统提出的全部性能指标还要了解系统提出的全部性能指标.6-1 系统校正的一般概念系统校正的一般概念机机 械械 控控 制制 理理 论论一、性能指标一、性能指标在在控控制制系系统统设设计计中中，常常采采用用频频率率特特性性法法，且且是是较较为为方方便便通通用用的的开开环环频频率率特特性性法法。如如果果频频域域指指标标是是闭闭环环的的，可可以以大大致致换换算算成成开开环环频频域域指指标标进进行行校校正正，然然后后对对校校正正后后的的系系统统，分分析析计计算算它它的的闭闭环环频频域域指指标标以以作作验验算算。如如果果系系统统提提出出的的是是时时域域指指标标，也也可可利利用用它它和和频频域域指指标标的的近似关系，先用频域法校正，再进行验算。近似关系，先用频域法校正，再进行验算。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 谐振峰值谐振峰值 谐振频率谐振频率带宽频率带宽频率 截止频率截止频率相位裕量相位裕量 超调量超调量 调节时间调节时间 1、二阶系统频域指标与时域指标的关系。二阶系统频域指标与时域指标的关系。机机 械械 控控 制制 理理 论论 2、高阶系统频域指标与时域指标、高阶系统频域指标与时域指标第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 谐振峰值谐振峰值 超调量超调量 调节时间调节时间 其中，其中，机机 械械 控控 制制 理理 论论二、带宽的选择二、带宽的选择带带宽宽频频率率是是一一项项重重要要指指标标。既既能能以以所所需需精精度度跟跟踪踪输输入入信信号号，又又能能拟拟制制噪噪声声扰扰动动信信号号。在在控控制制系系统统实实际际运运行行中中，输输入入信信号号一一般般是是低低频频信信号号，而而噪噪声声信信号号是是高高频频信信号。号。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法如果输入信号的带宽为如果输入信号的带宽为则则 机机 械械 控控 制制 理理 论论三、校正方式三、校正方式 按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统的校正方式有按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统的校正方式有四种，即串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种，即串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正.串联校正：一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联校正：一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联接于系统前向通道之中。串联接于系统前向通道之中。反馈校正：接在系统局部反馈通路中反馈校正：接在系统局部反馈通路中 前馈校正：又称顺馈校正。是在系统主反馈回路之外采用前馈校正：又称顺馈校正。是在系统主反馈回路之外采用的校正方式，接在系统给定值之后，主反馈作用点之前的前向通的校正方式，接在系统给定值之后，主反馈作用点之前的前向通道上。另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量道上。另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，经变换后接入系统，点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动进行补偿的通道。形成一条附加的对扰动进行补偿的通道。复合校正：在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成复合校正：在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成有机整体。有机整体。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论四、基本控制规律四、基本控制规律1、比例（、比例（P）控制规律）控制规律2、比例、比例-微分（微分（PD）控制规律）控制规律3、积分（、积分（I）控制规律）控制规律4、比例、比例-积分（积分（PI）控制规律）控制规律5、比例（、比例（PID）控制规律）控制规律第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 （a a）P P控制器控制器 (b)PD(b)PD控制器控制器1、比例（、比例（P）控制规律）控制规律 提高系统开环增益，减小系统稳态误差，但会降低系统的相提高系统开环增益，减小系统稳态误差，但会降低系统的相对稳定性。对稳定性。机机 械械 控控 制制 理理 论论2、比例、比例-微分（微分（PD）控制规律）控制规律第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 PD控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化控制规律中的微分控制规律能反映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，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。在串联校从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个正时，可使系统增加一个 的开环零点，使系统的相的开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。单独用微分也很少，对噪声敏感。单独用微分也很少，对噪声敏感。机机 械械 控控 制制 理理 论论3、积分（、积分（I）控制规律）控制规律第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 具有积分（具有积分（I）控制规律的控制器，称为）控制规律的控制器，称为I控制器。控制器。输出信号输出信号 与其输入信号的积分成比例。为可调比例系数。与其输入信号的积分成比例。为可调比例系数。当消失后，输出信号当消失后，输出信号 有可能是一个不为零的常量。在串联校正有可能是一个不为零的常量。在串联校正中，采用中，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。不宜采用单一的的相角滞后，于系统的稳定不利。不宜采用单一的I控制器。控制器。)(tm机机 械械 控控 制制 理理 论论4、比例、比例-积分（积分（PI）控制规律）控制规律第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 具有积分比例具有积分比例-积分控制规律的控制器，称为积分控制规律的控制器，称为PI控制器。控制器。积分控制器积分控制器I和和PI控制器控制器机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 输出信号输出信号 同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。为为可调比例系数，可调比例系数，为可调积分时间系数。为可调积分时间系数。开环极点，提高型别，减小稳态误差。开环极点，提高型别，减小稳态误差。右半平面的开环零点，提高系统的阻尼程度，缓和右半平面的开环零点，提高系统的阻尼程度，缓和PI极点对系极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数统产生的不利影响。只要积分时间常数 足够大，足够大，PI控制器对系控制器对系统的不利影响可大为减小。统的不利影响可大为减小。PI控制器主要用来改善控制系统的稳态控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。性能。机机 械械 控控 制制 理理 论论5、比例（、比例（PID）控制规律）控制规律第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法PIDPID控制器控制器机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法具有积分比例具有积分比例-积分控制规律的控制器，称为积分控制规律的控制器，称为PI控制器。控制器。增加一个极点，提高型别，稳态性能增加一个极点，提高型别，稳态性能两个负实零点，动态性能比两个负实零点，动态性能比PI更具优越性更具优越性I积分发生在低频段，稳态性能积分发生在低频段，稳态性能(提高提高)D微分发生在高频段，动态性能微分发生在高频段，动态性能(改善改善)。如果如果 机机 械械 控控 制制 理理 论论 频率响应法串联校正设计：在线性系统中，常用的校正频率响应法串联校正设计：在线性系统中，常用的校正装置设计方法有分析法和综合法两种。装置设计方法有分析法和综合法两种。分析法：又称试探法。用此法比较直观，物理上易于实分析法：又称试探法。用此法比较直观，物理上易于实现，但要求设计者具有一定的工程设计经验，设计过程带现，但要求设计者具有一定的工程设计经验，设计过程带有试探性。有试探性。综合法又称期望特性法。这种设计方法从闭环系统性能综合法又称期望特性法。这种设计方法从闭环系统性能与开环系统性能密切相关这一概念出发，根据规定的性能与开环系统性能密切相关这一概念出发，根据规定的性能指标要求确定系统期望的开环对数频率特性形状，然后与指标要求确定系统期望的开环对数频率特性形状，然后与系统的原开环对数频率特性相比较，从而确定校正方式、系统的原开环对数频率特性相比较，从而确定校正方式、校正装置的形式和参数。校正装置的形式和参数。6-2 频率法串联校正频率法串联校正 第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论频率响应设计法的优点是：频率响应设计法的优点是：1、频率特性图可以清楚表明系统改变性能指标的方向。、频率特性图可以清楚表明系统改变性能指标的方向。2、频域设计通常通过、频域设计通常通过Bode图进行，由于图进行，由于Bode图的取图的取 对数操作，当采用串联校正时，对数操作，当采用串联校正时，使得校正后系统的使得校正后系统的Bode图图即为原有系统即为原有系统Bode图和校正装置的图和校正装置的Bode图直接相加，处图直接相加，处理起来十分简单。理起来十分简单。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论 一、串联超前校正一、串联超前校正用频率法对系统进行校正的基本思路是：通过所加校正用频率法对系统进行校正的基本思路是：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，即要求校正后系统的装置，改变系统开环频率特性的形状，即要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点：开环频率特性具有如下特点：低频段的增益充分大，满足稳态精度的要求；低频段的增益充分大，满足稳态精度的要求；中频段的幅频特性的斜率为中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。利用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超利用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目点。为此，要求校正网络最大的相位改善系统瞬态响应的目点。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤可归纳为：用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤可归纳为：根据稳态误差的要求，确定开环增益根据稳态误差的要求，确定开环增益K。根据所确定的开环增益根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的波特图，计算未校正系统的相位，画出未校正系统的波特图，计算未校正系统的相位裕度裕度 。根据截止频率根据截止频率 的要求，计算超前网络参数的要求，计算超前网络参数a和和T；关键是选择最大超前角；关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率，即频率等于要求的系统截止频率，即 ，以保证系统的响应速度，并充分，以保证系统的响应速度，并充分利用网络的相角超前特性。显然，利用网络的相角超前特性。显然，成立的条件是成立的条件是 由上式可求出由上式可求出a然后由然后由 求出。求出。验证已校正系统的相位裕度验证已校正系统的相位裕度 。由给定的相位裕度值由给定的相位裕度值 ，计算超前校正装置提供的相位超前量，计算超前校正装置提供的相位超前量 ，即，即机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统截止频率增大而增加的是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统截止频率增大而增加的相角滞后量。相角滞后量。值通常是这样估计的：如果未校正系统的开环对数幅频值通常是这样估计的：如果未校正系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec，一般取，一般取 ；如果为；如果为-60dB/dec则取则取 。根据所确定的最大相位超前角根据所确定的最大相位超前角 按按 算出算出a的值。的值。计算校正装置在计算校正装置在 处的幅值处的幅值10lga(图图6-10)。由未校正系统的对。由未校正系统的对数幅频特性曲线，求得其幅值为数幅频特性曲线，求得其幅值为-10lga处的频率，该频率处的频率，该频率 就是校正就是校正后系统的开环截止频率后系统的开环截止频率 ，即，即 。确定校正网络的转折频率确定校正网络的转折频率 。画出校正后系统的波德图，并演算相位裕度时候满足要求？如果不画出校正后系统的波德图，并演算相位裕度时候满足要求？如果不满足，则需增大满足，则需增大 值，从第值，从第步，开始重新进行计算。步，开始重新进行计算。机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法例例:某一单位反馈系统的开环传递函数为某一单位反馈系统的开环传递函数为 ，设计一个超前校，设计一个超前校正装置，使校正后系统的静态速度误差系数正装置，使校正后系统的静态速度误差系数 ,相位裕度相位裕度 ，增益裕度增益裕度 不小于不小于10dB。当当 时，未校正系统的开环频率特性为时，未校正系统的开环频率特性为解：解：根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K。，机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法绘制未校正系统的伯特图，如图绘制未校正系统的伯特图，如图6-16中的蓝线所示。由该图可知未校正系中的蓝线所示。由该图可知未校正系统的相位裕度为统的相位裕度为 *也可计算也可计算根据相位裕度的要求确定超前校正网络的相位超前角根据相位裕度的要求确定超前校正网络的相位超前角由式由式(6-37)知知 机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法超前校正装置在超前校正装置在 处的幅值为处的幅值为据此，在为校正系统的开环对数幅值为据此，在为校正系统的开环对数幅值为对应的频率对应的频率 ，这一频率就是校正后系统的截止频率，这一频率就是校正后系统的截止频率*也可计算也可计算 机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法校正后系统框图校正后系统框图机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法计算超前校正网络的转折频率计算超前校正网络的转折频率 ，为了补偿因超前校正网络的引入而造成系统开环增益的衰减，必须为了补偿因超前校正网络的引入而造成系统开环增益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为使附加放大器的放大倍数为a=4.2校正后系统的框图如图所示，其开环传递函数为校正后系统的框图如图所示，其开环传递函数为 机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法校正后系统框图校正后系统框图 对应的伯特图中红线所示。由该图可见，校正后系统的相位对应的伯特图中红线所示。由该图可见，校正后系统的相位裕度为，增益裕度为，均已满足系统设计要求。裕度为，增益裕度为，均已满足系统设计要求。机机 械械 控控 制制 理理 论论 基于上述分析，串联超前校正有如下特点：基于上述分析，串联超前校正有如下特点：这种校正主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段幅这种校正主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段幅值的斜率为值的斜率为-20dB/dec，且有足够大的相位裕度。，且有足够大的相位裕度。超前校正会使系统瞬态响应的速度变快。由例超前校正会使系统瞬态响应的速度变快。由例6-1知，校正后系统知，校正后系统的截止频率由未校正前的的截止频率由未校正前的6.3增大到增大到9。这表明校正后，系统的频带变宽，。这表明校正后，系统的频带变宽，瞬态响应速度变快；但系统抗高频噪声的能力变差。对此，在校正装置瞬态响应速度变快；但系统抗高频噪声的能力变差。对此，在校正装置设计时必须注意。设计时必须注意。超前校正一般虽能较有效地改善动态性能，但未校正系统的相频超前校正一般虽能较有效地改善动态性能，但未校正系统的相频特性在截止频率附近急剧下降时，若用单级超前校正网络去校正，收效特性在截止频率附近急剧下降时，若用单级超前校正网络去校正，收效不大。因为校正后系统的截至频率向高频段移动。在新的截至频率处，不大。因为校正后系统的截至频率向高频段移动。在新的截至频率处，由于未校正系统的相角滞后量过大，因而用单级的超前校正网络难以获由于未校正系统的相角滞后量过大，因而用单级的超前校正网络难以获得较大的相位裕度得较大的相位裕度 第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论二、串联滞后校正二、串联滞后校正(基于频率响应法基于频率响应法)由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而当它与系统由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而当它与系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率频段增益降低和截止频率。减小，从而有可能使系统获得足。减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。由此可见，滞够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。求。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法例：控制系统如图所示。若要求校正后的静态速度误差系数等于例：控制系统如图所示。若要求校正后的静态速度误差系数等于 ，相位裕度不低于，幅值裕度不小于相位裕度不低于，幅值裕度不小于10dB，截止频率不小于，截止频率不小于2.3rad/s，设计，设计串联校正装置。串联校正装置。控制系统控制系统机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法解：解：首先确定开环增益首先确定开环增益K 未校正系统开环传递函数应取未校正系统开环传递函数应取画出未校正系统的对数幅频渐进特性曲线，如图所示。画出未校正系统的对数幅频渐进特性曲线，如图所示。机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法对数幅频渐进特性曲线对数幅频渐进特性曲线机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法由图可得由图可得 可算出可算出 说明未校正系统不稳定，且截止频率远大于要求值。在这种情说明未校正系统不稳定，且截止频率远大于要求值。在这种情况下，采用串联超前校正是无效的。可以证明，当况下，采用串联超前校正是无效的。可以证明，当 时时机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法而截止频率也向右移动。而截止频率也向右移动。考虑到，本例题对系统截止频率值要求不大，故选用串联滞后校正，可以考虑到，本例题对系统截止频率值要求不大，故选用串联滞后校正，可以满足需要的性能指标。满足需要的性能指标。机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法于是，由于是，由 的曲线（玫瑰红色），可查得的曲线（玫瑰红色），可查得 时，时，可满足要求可满足要求.由于指标要求由于指标要求 ，故，故 值值可在可在 范围内任取。考虑到范围内任取。考虑到 取值较大取值较大时，已校正系统响应速度较快时，已校正系统响应速度较快滞后网络时间常数滞后网络时间常数T值较小，便于实值较小，便于实现，故选取现，故选取 。然后，在图上查出。然后，在图上查出 。也可计算。也可计算。计算滞后网络参数计算滞后网络参数利用利用(6-39)式式 b=0.09再利用式再利用式(6-40)bT=3.7s则滞后网络的传递函数则滞后网络的传递函数机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法 验算指标验算指标(相位裕度和幅值裕度相位裕度和幅值裕度)满足要求。未校满足要求。未校正前的相位穿越频率正前的相位穿越频率 ，校正后的相位穿越频率，校正后的相位穿越频率 。求幅值裕度求幅值裕度机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论串联超前校正和串联滞后校正方法的适用范围和特点：串联超前校正和串联滞后校正方法的适用范围和特点：超前校正是利用超前网络的相角超前特性对系统进行校正，而滞后超前校正是利用超前网络的相角超前特性对系统进行校正，而滞后 校正则是利用滞后网络的幅值在高频衰减特性；校正则是利用滞后网络的幅值在高频衰减特性；用频率法进行超前校正，旨在提高开环对数幅频渐进线在截止频率用频率法进行超前校正，旨在提高开环对数幅频渐进线在截止频率处的斜率处的斜率(-40dB/dec提高到提高到-20dB/dec)，和相位裕度，并增大系统的频带，和相位裕度，并增大系统的频带宽度。频带的变宽意味着校正后的系统响应变快，调整时间缩短。宽度。频带的变宽意味着校正后的系统响应变快，调整时间缩短。对同一系统超前校正系统的频带宽度一般总大于滞后校正系统，因对同一系统超前校正系统的频带宽度一般总大于滞后校正系统，因此，如果要求校正后的系统具有宽的频带和良好的瞬态响应，则采用超前此，如果要求校正后的系统具有宽的频带和良好的瞬态响应，则采用超前校正。当噪声电平较高时，显然频带越宽的系统抗噪声干扰的能力也越差。校正。当噪声电平较高时，显然频带越宽的系统抗噪声干扰的能力也越差。对于这种情况，宜对系统采用滞后校正。对于这种情况，宜对系统采用滞后校正。超前校正需要增加一个附加的放大器，以补偿超前校正网络对系统超前校正需要增加一个附加的放大器，以补偿超前校正网络对系统增益的衰减。增益的衰减。滞后校正虽然能改善系统的静态精度，但它促使系统的频带变窄，滞后校正虽然能改善系统的静态精度，但它促使系统的频带变窄，瞬态响应速度变慢。如果要求校正后的系统既有快速的瞬态响应，又有高瞬态响应速度变慢。如果要求校正后的系统既有快速的瞬态响应，又有高的静态精度，则应采用滞后的静态精度，则应采用滞后-超前校正。超前校正。有些应用方面，采用滞后校正可能得出时间常数大到不能实现的结果。有些应用方面，采用滞后校正可能得出时间常数大到不能实现的结果。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论三、串联滞后三、串联滞后-超前校正超前校正 这种校正方法兼有滞后校正和超前矫正的优点，即已校这种校正方法兼有滞后校正和超前矫正的优点，即已校正系统响应速度快，超调量小，抑制高频噪声的性能也较好。正系统响应速度快，超调量小，抑制高频噪声的性能也较好。当未校正系统不稳定，且对校正后的系统的动态和静态性能当未校正系统不稳定，且对校正后的系统的动态和静态性能(响响应速度、相位裕度和稳态误差应速度、相位裕度和稳态误差)均有较高要求时，显然，仅采用均有较高要求时，显然，仅采用上述超前校正或滞后校正，均难以达到预期的校正效果。此时上述超前校正或滞后校正，均难以达到预期的校正效果。此时宜采用串联滞后宜采用串联滞后-超前校正。超前校正。串联滞后串联滞后-超前校正，实质上综合应用了滞后和超前校超前校正，实质上综合应用了滞后和超前校正各自的特点，即利用校正装置的超前部分来增大系统的相位正各自的特点，即利用校正装置的超前部分来增大系统的相位裕度，以改善其动态性能；利用它的滞后部分来改善系统的静裕度，以改善其动态性能；利用它的滞后部分来改善系统的静态性能，两者分工明确，相辅相成。态性能，两者分工明确，相辅相成。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论 6-3 频率法反馈校正频率法反馈校正 频率响应法串联校正设计：在线性系统中，常用的校频率响应法串联校正设计：在线性系统中，常用的校正装置设计方法有分析法和综合法两种。正装置设计方法有分析法和综合法两种。分析法：又称试探法。用此法比较直观，物理上易于实现，分析法：又称试探法。用此法比较直观，物理上易于实现，但要求设计者具有一定的工程设计经验，设计过程带有试但要求设计者具有一定的工程设计经验，设计过程带有试探性。探性。综合法又称期望特性法。这种设计方法从闭环系统性综合法又称期望特性法。这种设计方法从闭环系统性能与开环系统性能密切相关这一概念出发，根据规定的性能与开环系统性能密切相关这一概念出发，根据规定的性能指标要求确定系统期望的开环对数频率特性形状，然后能指标要求确定系统期望的开环对数频率特性形状，然后与系统的原开环对数频率特性相比较，从而确定校正方式、与系统的原开环对数频率特性相比较，从而确定校正方式、校正装置的形式和参数。校正装置的形式和参数。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论一、反馈校正的原理与功能一、反馈校正的原理与功能第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法上式表明，当局部反馈回路的开环增益远小于上式表明，当局部反馈回路的开环增益远小于1时，该反馈可认为时，该反馈可认为开路，已校正系统与未校正系统特性几乎一致。开路，已校正系统与未校正系统特性几乎一致。机机 械械 控控 制制 理理 论论第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法当局部反馈回路的开环增益远大于当局部反馈回路的开环增益远大于1 时，局部反馈回路的特性主时，局部反馈回路的特性主要取决于反馈校正装置，校正后系统的特性几乎与被反馈校正要取决于反馈校正装置，校正后系统的特性几乎与被反馈校正装置包围的装置包围的环节无关。环节无关。因此，适当选择反馈校正装置的形式和参数，可以消除未因此，适当选择反馈校正装置的形式和参数，可以消除未校正系统中对系统动态性能改善有重大妨碍作用的某些环校正系统中对系统动态性能改善有重大妨碍作用的某些环节的影响，使已校正系统的特性发生期望的变化。节的影响，使已校正系统的特性发生期望的变化。机机 械械 控控 制制 理理 论论二、反馈校正的功能二、反馈校正的功能 1、减小时产常数：反馈校正有减小被包围环节时间常、减小时产常数：反馈校正有减小被包围环节时间常数的能力，这是反馈校正的重要特点。数的能力，这是反馈校正的重要特点。2、降低系统对参数变化的敏感性：在控制系统中，为、降低系统对参数变化的敏感性：在控制系统中，为了减弱系统参数变化对性能的敏感程度，除可采用鲁棒控制技了减弱系统参数变化对性能的敏感程度，除可采用鲁棒控制技术外，常采用的有效措施之一就是采用负反馈校正的方法。术外，常采用的有效措施之一就是采用负反馈校正的方法。3、积分负反馈代替纯微分环节：前向通路中如果含有、积分负反馈代替纯微分环节：前向通路中如果含有纯微分环节，将会对高频噪声干扰极其敏感。若用积分负反馈纯微分环节，将会对高频噪声干扰极其敏感。若用积分负反馈来实现纯微分环节，会有效地减少高频干扰的影响。来实现纯微分环节，会有效地减少高频干扰的影响。4、负反馈可以消除系统不可变部分中不希望有的特、负反馈可以消除系统不可变部分中不希望有的特性。性。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法机机 械械 控控 制制 理理 论论三、反馈校正与串联校正的比较三、反馈校正与串联校正的比较 1、一般，串联校正比反馈校正简单，但串联校正对系、一般，串联校正比反馈校正简单，但串联校正对系统元件特性的稳定性有较高的要求。统元件特性的稳定性有较高的要求。2、反馈校正对系统元件特性的稳定性要求较低，因为、反馈校正对系统元件特性的稳定性要求较低，因为其减弱了元件特性变化对整个系统特性的影响；但反馈校正常其减弱了元件特性变化对整个系统特性的影响；但反馈校正常需由一些昂贵而庞大需由一些昂贵而庞大的部件所构成，对某些系统可能难以应用。的部件所构成，对某些系统可能难以应用。3、反馈校正可以起到与串联校正同样的作用。且具有、反馈校正可以起到与串联校正同样的作用。且具有较好的抗噪能力。较好的抗噪能力。第六章第六章 系统的校正方法系统的校正方法