自動(dòng)控制理論課件自控課件(第六章)

1、 China Agriculture University-East 主主 編：編： 胡壽松胡壽松 授課教師：授課教師： 趙燕東趙燕東 教授教授 China Agriculture University-East1. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題2. 常用校正裝置及其特性常用校正裝置及其特性3. 串聯(lián)校正串聯(lián)校正4. 反饋校正反饋校正5. 復(fù)合校正復(fù)合校正 China Agriculture University-East系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題何謂校正？何謂校正？ 所謂校正，就是在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根所謂校正，就是在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)

2、構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而滿(mǎn)足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)?；?，從而滿(mǎn)足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 China Agriculture University-East一一. . 系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)步驟：系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)步驟： 當(dāng)被控對(duì)象給定后，按照被控對(duì)象的工作條件，被控當(dāng)被控對(duì)象給定后，按照被控對(duì)象的工作條件，被控信號(hào)應(yīng)具有的最大速度和加速度要求等，可以初步選定信號(hào)應(yīng)具有的最大速度和加速度要求等，可以初步選定執(zhí)行元件的型式、特性和參數(shù)。執(zhí)行元件的型式、特性和參數(shù)。 根據(jù)測(cè)量精度、抗干擾能力、被測(cè)信號(hào)的物理性質(zhì)、根據(jù)測(cè)量精度、抗干擾能力、被測(cè)信號(hào)的物理性質(zhì)、

3、測(cè)量過(guò)程中的慣性及非線性度等因素，選擇合適的測(cè)量測(cè)量過(guò)程中的慣性及非線性度等因素，選擇合適的測(cè)量變送元件。變送元件。 設(shè)計(jì)增益可調(diào)的前置放大器與功率放大器。設(shè)計(jì)增益可調(diào)的前置放大器與功率放大器。 China Agriculture University-East-開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性在中頻區(qū)的斜率應(yīng)為開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性在中頻區(qū)的斜率應(yīng)為20dB/dec，同時(shí)要求中頻區(qū)占據(jù)一定的頻率范圍，以保證在系統(tǒng)同時(shí)要求中頻區(qū)占據(jù)一定的頻率范圍，以保證在系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)，相角裕度變化不大。參數(shù)變化時(shí)，相角裕度變化不大。 相角裕度具有相角裕度具有 左右的數(shù)值。左右的數(shù)值。 o45過(guò)此中頻區(qū)后，要求系統(tǒng)幅頻特性迅速衰減

4、，以削減噪過(guò)此中頻區(qū)后，要求系統(tǒng)幅頻特性迅速衰減，以削減噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響。聲對(duì)系統(tǒng)的影響。 控制系統(tǒng)的帶寬頻率通常取為控制系統(tǒng)的帶寬頻率通常取為 其中：其中： 為輸入信號(hào)的寬度。為輸入信號(hào)的寬度。Mb)105(M0 China Agriculture University-East復(fù)合校正復(fù)合校正串聯(lián)校正串聯(lián)校正反饋校正反饋校正前饋校正前饋校正 China Agriculture University-East串聯(lián)校正串聯(lián)校正控制器控制器對(duì)象對(duì)象反饋校正反饋校正RE-NC China Agriculture University-East前饋校正前饋校正控制器控制器對(duì)象對(duì)象ERNC-前饋前饋校

5、正校正控制器控制器對(duì)象對(duì)象NC China Agriculture University-East+CGn(s)G1(s)G2(s)NRE+-按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制形式按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制形式 China Agriculture University-East按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制形式按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制形式 G1(s)Gn(s)G2(s)RE+-C China Agriculture University-East 1. 1. 比例（比例（P）控制規(guī)律控制規(guī)律 Kpr(t)m(t)c(t)e(t)-Kp稱(chēng)為稱(chēng)為P控制增益。控制增益。 在串聯(lián)校正中，加大控制器增益在串聯(lián)校正中，加大控制器增益Kp，

6、可以提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增可以提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度，但會(huì)降低系益，減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度，但會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，在系統(tǒng)統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，在系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)中，很少單獨(dú)使用比例控制規(guī)律。校正設(shè)計(jì)中，很少單獨(dú)使用比例控制規(guī)律。 China Agriculture University-East Kp（1 s）r(t)m(t)c(t)e(t)- 為比例系數(shù)；為比例系數(shù)； 為微分時(shí)間常數(shù)為微分時(shí)間常數(shù) 。pKdttdeKteKtmpp)()()( China Agriculture U

7、niversity-East例例1 1：設(shè)比例：設(shè)比例微分控制系統(tǒng)如下圖所示，試分析微分控制系統(tǒng)如下圖所示，試分析PDPD控制控制 器對(duì)系統(tǒng)性能的影響。器對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 在串聯(lián)校正時(shí)，可使系統(tǒng)增加一個(gè)在串聯(lián)校正時(shí)，可使系統(tǒng)增加一個(gè) 的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，使系統(tǒng)的相角裕度提高，因而有助于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的改使系統(tǒng)的相角裕度提高，因而有助于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的改善。善。 1Kp（1s）r(t)m(t)c(t)e(t)-21Jsc(t) China Agriculture University-EastsKiR(s)E(s)M(s)C(s)-tidtteKtm0)()( 在串聯(lián)校正時(shí)，采用在串聯(lián)校正時(shí)，

8、采用I 控制器可以提高系統(tǒng)的型別，有利于系統(tǒng)控制器可以提高系統(tǒng)的型別，有利于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的提高，但積分控制使系統(tǒng)增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開(kāi)環(huán)極穩(wěn)態(tài)性能的提高，但積分控制使系統(tǒng)增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，使信號(hào)產(chǎn)生的相角滯后，于系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利。因此，在控制點(diǎn)，使信號(hào)產(chǎn)生的相角滯后，于系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利。因此，在控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)中，通常不宜采用單一的系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)中，通常不宜采用單一的I 控制器?？刂破?。 China Agriculture University-East 在串聯(lián)校正中，在串聯(lián)校正中，PI控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個(gè)位于原控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，同時(shí)也增

9、加了一個(gè)位于點(diǎn)的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，同時(shí)也增加了一個(gè)位于s左半平面的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)。位左半平面的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)。位于原點(diǎn)的極點(diǎn)可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤于原點(diǎn)的極點(diǎn)可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而增加的負(fù)實(shí)零點(diǎn)則用來(lái)減小系統(tǒng)的差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而增加的負(fù)實(shí)零點(diǎn)則用來(lái)減小系統(tǒng)的阻尼程度，緩和阻尼程度，緩和PI控制器極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的不控制器極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的不利影響。利影響。 R(s)E(s)M(s)C(s)-)11 (sTKiptippdtteTKteKtm0)()()( China Agriculture Universit

10、y-East例例2 2：設(shè)比例：設(shè)比例積分控制系統(tǒng)如下圖所示，其中不可變部積分控制系統(tǒng)如下圖所示，其中不可變部 分的傳遞函數(shù)為：分的傳遞函數(shù)為： 試分析試分析PIPI控制器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的改善作用?？刂破鲗?duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的改善作用。 6 ) 1()(00TssKsG)11 (sTKip) 1(0TssKR(s)E(s)M(s)C(s)- China Agriculture University-East)11 (ssTKipR(s)E(s)M(s)C(s)-sssTKssTsTTKssTKsGipiiipipc) 1)(1(1)11 ()(212 China Agriculture Univer

11、sity-East 由此可以看出：當(dāng)利用由此可以看出：當(dāng)利用PID控制器進(jìn)行串聯(lián)校正控制器進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，除可使系統(tǒng)的型別提高一級(jí)外，還將提供兩個(gè)負(fù)時(shí)，除可使系統(tǒng)的型別提高一級(jí)外，還將提供兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)。實(shí)零點(diǎn)。 與與PI控制器相比，控制器相比，PID控制器除了同樣具有提高控制器除了同樣具有提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能的有點(diǎn)外，還多提供一個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能的有點(diǎn)外，還多提供一個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，從而在提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能方面，具有更大的優(yōu)越性。從而在提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能方面，具有更大的優(yōu)越性。 China Agriculture University-East一無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)一無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò) 1. 1. 無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)

12、無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò) 1R2R1U2UC321UUU22313RUdtdUCRU China Agriculture University-East 先進(jìn)行拉氏變換，再消去中間變量先進(jìn)行拉氏變換，再消去中間變量 ，得超前網(wǎng)絡(luò)，得超前網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：的傳遞函數(shù)為： 3UTsTssG11)(其中，其中， 分度系數(shù)；分度系數(shù)； 時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)。 1221RRRCRRRRT2121 China Agriculture University-East)(LmmT1T1)(o90o0mlg10lg20-20dB/dec China Agriculture University-EastT1mmT1Tm111

13、arcsinmmlg10)(mL China Agriculture University-East2. . 無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò) 1R2RC1U2UTsbTssG11)(其中：其中：1212RRRbCRRT)(21 China Agriculture University-East無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性如下圖所示：無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性如下圖所示： )(LmmT1T1)(o90o0mblg20-20dB/dec China Agriculture University-EastmmbT1T1mbTm1bbm11arcsin China Agriculture University

14、-East3. 無(wú)源滯后無(wú)源滯后超前網(wǎng)絡(luò)超前網(wǎng)絡(luò) 1R2R2C1U2U1C1)()1)(1 ()(2sTTTsTTsTsTsGabbabab11CRTa22CRTb21CRTab其中：其中：)1)(1 ()1)(1 ()(saTsaTsTsTsGbab China Agriculture University-East無(wú)源滯后無(wú)源滯后超前網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)特性如下圖所示：超前網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)特性如下圖所示： )(LaT1aT1alg20-20dB/decbT1aTa120dB/dec0dB/dec China Agriculture University-East二二 有源校正網(wǎng)絡(luò)有源校正網(wǎng)

15、絡(luò) 1. 同相輸入超前（微分）有源網(wǎng)絡(luò)同相輸入超前（微分）有源網(wǎng)絡(luò) 1R2R3R4R5RiUoUCfU China Agriculture University-East2. PID（比例比例-積分積分-微分）有源網(wǎng)絡(luò)微分）有源網(wǎng)絡(luò) 1R2R1RiUoU1C2CTssTsKsG)1)(1 ()(12RRK 22CRT 11CR其中：其中： China Agriculture University-East20dB/decT1120lgK)(L-20dB/deco90o90)(PIDPID（比例比例- -積分積分- -微分）有源網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)特性如微分）有源網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)特性如下圖所示：

16、下圖所示： China Agriculture University-East三三PIDPID控制器控制器 1. PID控制器的結(jié)構(gòu)控制器的結(jié)構(gòu) PID過(guò)程erLrLRrecemMAMmmc China Agriculture University-East一一. . 頻率響應(yīng)法校正設(shè)計(jì)頻率響應(yīng)法校正設(shè)計(jì) 分析法：分析法：優(yōu)點(diǎn)：校正裝置比較直觀，物理實(shí)現(xiàn)上容易。優(yōu)點(diǎn)：校正裝置比較直觀，物理實(shí)現(xiàn)上容易。缺點(diǎn)：對(duì)設(shè)計(jì)者要求較高，有一定的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，缺點(diǎn)：對(duì)設(shè)計(jì)者要求較高，有一定的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)計(jì)過(guò)程帶有試探性。設(shè)計(jì)過(guò)程帶有試探性。 綜合法：綜合法： 從閉環(huán)系統(tǒng)性能與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)特性密切相關(guān)出從閉

17、環(huán)系統(tǒng)性能與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)特性密切相關(guān)出發(fā)發(fā),根據(jù)規(guī)定的性能指標(biāo)要求確定系統(tǒng)期望的開(kāi)環(huán)根據(jù)規(guī)定的性能指標(biāo)要求確定系統(tǒng)期望的開(kāi)環(huán)特性形狀特性形狀,然后與系統(tǒng)原有開(kāi)環(huán)特性相比較然后與系統(tǒng)原有開(kāi)環(huán)特性相比較,從而確從而確定校正方式、校正裝置的形式和參數(shù)定校正方式、校正裝置的形式和參數(shù)。 China Agriculture University-East二二. . 串聯(lián)超前校正串聯(lián)超前校正用頻域法設(shè)計(jì)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的步驟：用頻域法設(shè)計(jì)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的步驟： 根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定開(kāi)環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定開(kāi)環(huán)增益K。 利用已確定的開(kāi)環(huán)增益，計(jì)算待校正系統(tǒng)的利用已確定的開(kāi)環(huán)增益，計(jì)算待校正系統(tǒng)的相角裕度。相角

18、裕度。根據(jù)截止頻率根據(jù)截止頻率 的要求，計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的要求，計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù) cT,選擇：選擇：cmaLLmCClg10)()(有：有：aTm1驗(yàn)證已校正系統(tǒng)的相角裕度驗(yàn)證已校正系統(tǒng)的相角裕度 。 China Agriculture University-East 例：控制系統(tǒng)如下圖所示，若要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入例：控制系統(tǒng)如下圖所示，若要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入 信號(hào)作用時(shí)，位置輸出穩(wěn)態(tài)誤差信號(hào)作用時(shí)，位置輸出穩(wěn)態(tài)誤差 ， 開(kāi)環(huán)截止頻率開(kāi)環(huán)截止頻率 ，相角裕度，相角裕度 ， 幅值裕度幅值裕度 ，試設(shè)計(jì)串聯(lián)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)。，試設(shè)計(jì)串聯(lián)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)。 15radess1 . 0srad /4 .

19、4o45dBh10) 1( ssKR(s)C(s)+- China Agriculture University-East 例：控制系統(tǒng)如下圖所示，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：例：控制系統(tǒng)如下圖所示，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 若要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入信號(hào)作用時(shí)，位置輸若要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入信號(hào)作用時(shí)，位置輸 出穩(wěn)態(tài)誤差出穩(wěn)態(tài)誤差 ，動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為：，動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為： ，試設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)。，試設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)。 18001. 0sse) 1001. 0)(1 . 01 (10)(ssssGcsts06. 0%,35% China Agriculture University-East三三. . 串聯(lián)滯后校正串聯(lián)

20、滯后校正用頻域法設(shè)計(jì)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的步驟：用頻域法設(shè)計(jì)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的步驟： 根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定開(kāi)環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定開(kāi)環(huán)增益K。 利用已確定的開(kāi)環(huán)增益，計(jì)算待校正系統(tǒng)的利用已確定的開(kāi)環(huán)增益，計(jì)算待校正系統(tǒng)的截止頻率、相角裕度和幅值裕度。截止頻率、相角裕度和幅值裕度。確定確定b b和和T T 。 選擇截止頻率選擇截止頻率 ，計(jì)算相角裕度，計(jì)算相角裕度 。c0)(lg20CLb1 . 01CbT驗(yàn)證已校正系統(tǒng)的相角裕度驗(yàn)證已校正系統(tǒng)的相角裕度 。 China Agriculture University-East130s例：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：例：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 要求校正后系統(tǒng)

21、的靜態(tài)速度誤差系數(shù)等于要求校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)等于 、 、 、 試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。 2121)12.0)(11.0()(0sssKsGo40dBh10sradC/3 . 2 China Agriculture University-East例：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：例：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 要求校正后系統(tǒng)在要求校正后系統(tǒng)在r(t)=tr(t)=t作用下，穩(wěn)態(tài)誤差為作用下，穩(wěn)態(tài)誤差為 ，動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為，動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為 ， 調(diào)整時(shí)間為調(diào)整時(shí)間為 ，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。 23)12.0)(11.0(5.0)(0ssssG033. 0)(s

22、se%38% sts5 . 5 China Agriculture University-East串聯(lián)超前與滯后校正的不同之處串聯(lián)超前與滯后校正的不同之處: :超前校正利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性；滯后校超前校正利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性；滯后校正利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻幅值衰減特性。正利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻幅值衰減特性。 為了滿(mǎn)足嚴(yán)格的穩(wěn)態(tài)性能要求為了滿(mǎn)足嚴(yán)格的穩(wěn)態(tài)性能要求, ,當(dāng)采用無(wú)源校正網(wǎng)當(dāng)采用無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)時(shí)絡(luò)時(shí), ,超前校正要求一定的附加增益超前校正要求一定的附加增益, ,而滯后校正而滯后校正一般不需要附加增益。一般不需要附加增益。 對(duì)于同一系統(tǒng)采用超前校正的系統(tǒng)帶寬大于采用對(duì)于同一系統(tǒng)采用超前

23、校正的系統(tǒng)帶寬大于采用滯后校正的系統(tǒng)帶寬，當(dāng)輸入端噪聲電平較高時(shí)滯后校正的系統(tǒng)帶寬，當(dāng)輸入端噪聲電平較高時(shí)，一般不宜選用超前校正，一般不宜選用超前校正 。 China Agriculture University-East四四. . 串聯(lián)滯后串聯(lián)滯后 超前校正（分析法）超前校正（分析法） 這種校正方法兼有滯后校正和超前校正的優(yōu)點(diǎn)這種校正方法兼有滯后校正和超前校正的優(yōu)點(diǎn),即即已校正系統(tǒng)響應(yīng)速度較快已校正系統(tǒng)響應(yīng)速度較快,超調(diào)量較小超調(diào)量較小,抑制高頻噪聲的抑制高頻噪聲的性能也比較好。性能也比較好。 基本原理基本原理:利用滯后利用滯后 超前網(wǎng)絡(luò)的超前部分來(lái)增大超前網(wǎng)絡(luò)的超前部分來(lái)增大系統(tǒng)的相角裕度

24、，同時(shí)利用滯后部分來(lái)改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的相角裕度，同時(shí)利用滯后部分來(lái)改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能性能。 China Agriculture University-East校驗(yàn)已校正系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)校驗(yàn)已校正系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 采用串聯(lián)滯后網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)滿(mǎn)足采用串聯(lián)滯后網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)滿(mǎn)足 的要求的要求。 c增加串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足相角裕度要求增加串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足相角裕度要求。 步驟：步驟： 根據(jù)穩(wěn)定性要求確定開(kāi)環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)定性要求確定開(kāi)環(huán)增益K。 求出待校正系統(tǒng)的截止頻率求出待校正系統(tǒng)的截止頻率 、相角裕度、相角裕度 及幅值裕度及幅值裕度 。 C)(dBh China Agriculture University

25、-East例例1：設(shè)待校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)待校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 要求設(shè)計(jì)校正裝置，使系統(tǒng)滿(mǎn)足下要求設(shè)計(jì)校正裝置，使系統(tǒng)滿(mǎn)足下 列性能指標(biāo)：當(dāng)輸入信號(hào)列性能指標(biāo)：當(dāng)輸入信號(hào) 時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差為，時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差為， 31 ) 101. 0)(11 . 0(10)(ssssGsradess/04. 0oCs45,301sradtr/10)( China Agriculture University-East例例2：設(shè)待校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)待校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 要求設(shè)計(jì)校正裝置，使系統(tǒng)滿(mǎn)足下要求設(shè)計(jì)校正裝置，使系統(tǒng)滿(mǎn)足下 列性能指標(biāo)：當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)列性能指標(biāo)：當(dāng)輸入信號(hào)時(shí) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 誤

26、差為，誤差為， 。 33) 1601)(11 . 0(126)(ssssGsradess/1261oCs30,201stradtr/)( China Agriculture University-East四四. . 串聯(lián)滯后串聯(lián)滯后 超前校正（綜合法）超前校正（綜合法）步驟：步驟： 根據(jù)穩(wěn)定性要求確定開(kāi)環(huán)增益根據(jù)穩(wěn)定性要求確定開(kāi)環(huán)增益K。 求出待校正系統(tǒng)的截止頻率求出待校正系統(tǒng)的截止頻率 、相角裕度、相角裕度 及幅值裕度及幅值裕度 。 C)(dBh確定期望的確定期望的 和和 。 c過(guò)過(guò) 作斜率為作斜率為-20db的直線，得中頻段的直線，得中頻段。 c China Agriculture Uni

27、versity-East2211crrcrrMMMM校驗(yàn)已校正系統(tǒng)校驗(yàn)已校正系統(tǒng) 的各項(xiàng)性能指標(biāo)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 )(sG中中低頻段連接；低頻段連接； 確定中頻段長(zhǎng)度：確定中頻段長(zhǎng)度： 中中高頻段連接；高頻段連接； )()()(sGsGsGc確定校正環(huán)節(jié)確定校正環(huán)節(jié) 。 China Agriculture University-East例例1 1：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 要求校正后系統(tǒng)在要求校正后系統(tǒng)在r(t)=0.5mm/s作用下，穩(wěn)態(tài)誤作用下，穩(wěn)態(tài)誤 差為差為 ，動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為，動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為 ，調(diào)整時(shí)間為，調(diào)整時(shí)間為 ，試設(shè)計(jì)串聯(lián)，試設(shè)計(jì)串聯(lián) 校正網(wǎng)絡(luò)。校正

28、網(wǎng)絡(luò)。 27)1)(11.0(5.0)(0ssssGmmess005. 0)(%25% sts8 China Agriculture University-East例例2：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 要求校正后使系統(tǒng)滿(mǎn)足：要求校正后使系統(tǒng)滿(mǎn)足： ， 動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為動(dòng)態(tài)過(guò)程的超調(diào)量為 ，調(diào)整時(shí)間，調(diào)整時(shí)間 為為 ，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。 附加附加)102.0)(112.0()(0sssksG)/(70sradKv%40% sts1 China Agriculture University-East一反饋校正的原理與特點(diǎn)一反饋校正的原理與特點(diǎn)1G2GCGR

29、(s)C(s) China Agriculture University-East開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： CGGGGsG2211)(當(dāng)當(dāng) 12CGG則：則： CCGGGGGGsG1221)(上式表明：反饋校正后系統(tǒng)的特性幾乎與被反饋校正上式表明：反饋校正后系統(tǒng)的特性幾乎與被反饋校正 裝置包圍的環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)。裝置包圍的環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)。 China Agriculture University-East當(dāng)當(dāng) 12CGG則：則： 21)(GGsG上式表明：已校正系統(tǒng)與待校正系統(tǒng)特性一致。上式表明：已校正系統(tǒng)與待校正系統(tǒng)特性一致。所以，適當(dāng)選取反饋校正裝置的參數(shù)，可以使已校正所以，適當(dāng)選取反饋校正裝置

30、的參數(shù)，可以使已校正 系統(tǒng)的特性發(fā)生期望的變化。系統(tǒng)的特性發(fā)生期望的變化。 China Agriculture University-East反饋校正的基本原理：反饋校正的基本原理： 用反饋校正裝置包圍待校正系統(tǒng)中對(duì)動(dòng)態(tài)性能改用反饋校正裝置包圍待校正系統(tǒng)中對(duì)動(dòng)態(tài)性能改善有重大妨礙作用的某些環(huán)節(jié)形成局部反饋，當(dāng)善有重大妨礙作用的某些環(huán)節(jié)形成局部反饋，當(dāng)局部反饋回路的開(kāi)環(huán)幅值遠(yuǎn)大于局部反饋回路的開(kāi)環(huán)幅值遠(yuǎn)大于1的條件下，局部的條件下，局部反饋回路的特性主要取決于反饋校正裝置，而與反饋回路的特性主要取決于反饋校正裝置，而與被包圍部分無(wú)關(guān)，適當(dāng)選擇反饋校正裝置的形成被包圍部分無(wú)關(guān)，適當(dāng)選擇反饋校正裝置

31、的形成和參數(shù)，可以使已校正系統(tǒng)的性能滿(mǎn)足給頂指標(biāo)和參數(shù)，可以使已校正系統(tǒng)的性能滿(mǎn)足給頂指標(biāo)的要求。的要求。 China Agriculture University-East反饋校正的特點(diǎn)反饋校正的特點(diǎn)：1. 削弱非線性特性的影響削弱非線性特性的影響2. 減小系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)減小系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)重要特點(diǎn)重要特點(diǎn)1G2GCGR(s)C(s) China Agriculture University-East設(shè)設(shè) 1112sTKG1T當(dāng)時(shí)間常數(shù)當(dāng)時(shí)間常數(shù) 較大時(shí)，影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度較大時(shí)，影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度如果采用反饋校正裝置如果采用反饋校正裝置 hcKG 111sTKG內(nèi)回路的傳遞函數(shù)為：內(nèi)

32、回路的傳遞函數(shù)為：hhKKTTKKKK11111111其中：其中： China Agriculture University-East可以看出：可以看出： 仍為慣性環(huán)節(jié)，但其傳遞系數(shù)和時(shí)間常數(shù)仍為慣性環(huán)節(jié)，但其傳遞系數(shù)和時(shí)間常數(shù)都減小都減小 倍，傳遞系數(shù)的下降可通過(guò)提高前置放倍，傳遞系數(shù)的下降可通過(guò)提高前置放大器的增益來(lái)彌補(bǔ)，而時(shí)間常數(shù)的下降有助于加快整個(gè)大器的增益來(lái)彌補(bǔ)，而時(shí)間常數(shù)的下降有助于加快整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。系統(tǒng)的響應(yīng)速度。G)1 (1hKK3. 降低系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性降低系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性以位置反饋為例以位置反饋為例無(wú)位置反饋，當(dāng)無(wú)位置反饋，當(dāng) 中的中的 變?yōu)樽優(yōu)?時(shí)時(shí)，

33、1112sTKG1K11KK則其相對(duì)增量為則其相對(duì)增量為 。 11KK China Agriculture University-East采用位置反饋后，變化前的傳遞函數(shù)為：采用位置反饋后，變化前的傳遞函數(shù)為： hKKKK1111而變化后的增量為：而變化后的增量為： 2111111)1 (hKKKKKKK相對(duì)增量可寫(xiě)為：相對(duì)增量可寫(xiě)為： 1111111KKKKKKh反饋校正后傳遞函數(shù)的相對(duì)增量比校正前減小了反饋校正后傳遞函數(shù)的相對(duì)增量比校正前減小了 倍倍)1 (1hKK4. 抑制系統(tǒng)噪聲。抑制系統(tǒng)噪聲。 China Agriculture University-East19 . 010s) 1

34、007. 0(2ss)(sH-R(s)C(s)例例1：火炮系統(tǒng)如下圖，試設(shè)計(jì)反饋校正環(huán)節(jié)：火炮系統(tǒng)如下圖，試設(shè)計(jì)反饋校正環(huán)節(jié) ，以，以 滿(mǎn)足下列要求：滿(mǎn)足下列要求： 當(dāng)輸入的最高轉(zhuǎn)速為當(dāng)輸入的最高轉(zhuǎn)速為50r/min時(shí)，最大的輸出角度時(shí)，最大的輸出角度 誤差誤差 ，超調(diào)量，超調(diào)量 ，過(guò)渡時(shí)間，過(guò)渡時(shí)間 。 37)(sHcosse3 . 0)(%30% sts5 . 2 China Agriculture University-East例例2：設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖，圖中：設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖，圖中：其中：其中：試設(shè)計(jì)反饋校正裝置試設(shè)計(jì)反饋校正裝置H(s)，使系統(tǒng)滿(mǎn)足：，使系統(tǒng)滿(mǎn)足： 39sksGsTsT

35、ksGsTksG332122011)(,) 1)(1()(,1)(,150vK%,40%。sts1002, 1 . 0,014. 04001,12,500221321TTTkkk-R(s)-)(sH)(2sG)(1sGC(s)(3sG China Agriculture University-East-R(s)-)(sH)(2sG)(1sGC(s)(3sG例例3：系統(tǒng)如下圖，其中：系統(tǒng)如下圖，其中 為待校正對(duì)象，且有為待校正對(duì)象，且有 要求校正后的系統(tǒng)在單位斜坡輸入作用下地穩(wěn)態(tài)誤要求校正后的系統(tǒng)在單位斜坡輸入作用下地穩(wěn)態(tài)誤 差差 。 試確定試確定H(s)的形式與參數(shù)，并求校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)的形式

36、與參數(shù)，并求校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán) 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)G(s)。 43005. 0)(sseocrad45,20,ssGksssG1 . 0)(,200,) 11 . 0)(101. 0(10)(312)(2sG China Agriculture University-East測(cè)速測(cè)速超前網(wǎng)絡(luò)反饋校正超前網(wǎng)絡(luò)反饋校正 純測(cè)速反饋校正有降低系統(tǒng)增益的缺點(diǎn)；純測(cè)速反饋校正有降低系統(tǒng)增益的缺點(diǎn)； China Agriculture University-East加入測(cè)速加入測(cè)速超前網(wǎng)絡(luò)的后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函為超前網(wǎng)絡(luò)的后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函為 ) 1() 1() 1() 1)(1() 1()(2121sTsTsTs

37、KsTsTssTKsG其中：其中： 12TTTT 211)1 (TTKKTTt 式中式中 部分相當(dāng)于增益不變，而時(shí)間常數(shù)減少的部分相當(dāng)于增益不變，而時(shí)間常數(shù)減少的純測(cè)速反饋校正；純測(cè)速反饋校正；) 1(1sTsK因此，系統(tǒng)穩(wěn)定性和抑制噪聲的能力都有所提高。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定性和抑制噪聲的能力都有所提高。式中式中 ，若保證，若保證 ，又相當(dāng)于串聯(lián)滯后校正；，又相當(dāng)于串聯(lián)滯后校正；112sTsT2TT China Agriculture University-East用分析法選擇測(cè)速用分析法選擇測(cè)速超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的步驟：超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的步驟：求待校正系統(tǒng)的求待校正系統(tǒng)的 ,c令令 為小于為小于1的不同值，

38、選出滿(mǎn)足相角裕度和截止的不同值，選出滿(mǎn)足相角裕度和截止頻率要求的頻率要求的 ；2TT2TT計(jì)算計(jì)算 2,TKt最后選擇合適的測(cè)速發(fā)電機(jī)和相角超前網(wǎng)絡(luò)。最后選擇合適的測(cè)速發(fā)電機(jī)和相角超前網(wǎng)絡(luò)。 China Agriculture University-East例：設(shè)某控制系統(tǒng)如下圖所示，待校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益例：設(shè)某控制系統(tǒng)如下圖所示，待校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益 ，伺服電機(jī)時(shí)間常數(shù)，伺服電機(jī)時(shí)間常數(shù) ，若要，若要 求校正后系統(tǒng)的相角裕度求校正后系統(tǒng)的相角裕度 ，截止頻率，截止頻率 ，并具有一定的抑制噪聲的能力，并具有一定的抑制噪聲的能力， 試確定測(cè)速反饋系數(shù)試確定測(cè)速反饋系數(shù) 和超前網(wǎng)絡(luò)時(shí)間常數(shù)和超前網(wǎng)絡(luò)時(shí)

39、間常數(shù) 。 4711440sKsT025. 01o50sradC/40tK2T) 1(11sTsK122sTsTtKR(s)C(s)-s China Agriculture University-East復(fù)合校正的原理與特點(diǎn)：復(fù)合校正的原理與特點(diǎn)： 在系統(tǒng)得反饋控制回路中加入前饋通路，組成一個(gè)在系統(tǒng)得反饋控制回路中加入前饋通路，組成一個(gè)前饋控制和反饋控制相組合的系統(tǒng)，只要系統(tǒng)參數(shù)選擇前饋控制和反饋控制相組合的系統(tǒng)，只要系統(tǒng)參數(shù)選擇得當(dāng)，不但可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定，極大地減小乃至消除穩(wěn)得當(dāng)，不但可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定，極大地減小乃至消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且可以抑制幾乎所有的可測(cè)擾動(dòng)，這樣的系態(tài)誤差，而且可以抑制幾

40、乎所有的可測(cè)擾動(dòng)，這樣的系統(tǒng)就稱(chēng)之為復(fù)合控制系統(tǒng)，相應(yīng)的控制方式稱(chēng)為復(fù)合控統(tǒng)就稱(chēng)之為復(fù)合控制系統(tǒng)，相應(yīng)的控制方式稱(chēng)為復(fù)合控制。制。 復(fù)合校正的分類(lèi)復(fù)合校正的分類(lèi) 按擾動(dòng)補(bǔ)償按擾動(dòng)補(bǔ)償 按輸入補(bǔ)償按輸入補(bǔ)償 China Agriculture University-East一、按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正一、按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正)(1sG)(sGn)(2sG)(sC)(sN)(sE)(sR+目的：目的： 通過(guò)恰當(dāng)選擇通過(guò)恰當(dāng)選擇 ，使擾動(dòng)，使擾動(dòng) 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò) 對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)輸出輸出 產(chǎn)生補(bǔ)償作用，以抵消擾動(dòng)產(chǎn)生補(bǔ)償作用，以抵消擾動(dòng) 對(duì)輸出對(duì)輸出的影響。的影響。)(sGn)(sGn)(sN)(sN)(sC)(

41、sC China Agriculture University-East擾動(dòng)作用下的傳遞函數(shù)為：擾動(dòng)作用下的傳遞函數(shù)為：)()(1)()(1)()()(1)()()()()(211221212sGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGnnN擾動(dòng)作用下的誤差為：擾動(dòng)作用下的誤差為：)()()(1)()(1)()()()()(2112sNsGsGsGsGsGsNsGsCsEnNN若選擇若選擇0)()(1)(1sEsGsGNn此時(shí)，稱(chēng)此時(shí)，稱(chēng) 為對(duì)擾動(dòng)的誤差全補(bǔ)償條件。為對(duì)擾動(dòng)的誤差全補(bǔ)償條件。)(1)(1sGsGn China Agriculture University-East具體設(shè)計(jì)：

42、具體設(shè)計(jì)：選擇選擇 的形式和參數(shù)，使系統(tǒng)獲得滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)性能的形式和參數(shù)，使系統(tǒng)獲得滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。和穩(wěn)定性。)(1sG然后按照全補(bǔ)償條件確定然后按照全補(bǔ)償條件確定 ，使系統(tǒng)完全不受可測(cè)，使系統(tǒng)完全不受可測(cè)量擾動(dòng)的影響。量擾動(dòng)的影響。)(sGn China Agriculture University-East例例1. 設(shè)復(fù)合校正系統(tǒng)如下圖所示，圖中設(shè)復(fù)合校正系統(tǒng)如下圖所示，圖中 為順饋裝置，為順饋裝置， 試確定試確定 使系統(tǒng)輸出量完全不受擾動(dòng)的影響，且單位使系統(tǒng)輸出量完全不受擾動(dòng)的影響，且單位 階躍響應(yīng)的超調(diào)量階躍響應(yīng)的超調(diào)量 ，峰值時(shí)間，峰值時(shí)間 53)(sGn22111)(,)(,)(ssGKsGsKsGtc),(,1sGKn),(sGc%,25% 。stp2