1、第六章 线性系统的校正方法 第六章 线性系统的校正方法 第六章 线性系统的校正方法6.1 校正的基本概念 6.2 线性系统的基本控制规律 6.3 常用校正装置及其特性6.4 串联校正 6.5 反馈校正 6.6 复合校正小结 第六章 线性系统的校正方法 前面几章，我们主要学习了如何分析一个控制系统，分析控制系统是否稳定，并且通过求解系统暂态性能指标、稳态误差我们可以评价此系统性能的好坏。这一章，我们着重介绍如何设计校正装置使原不满足性能指标要求的系统满足所要求的性能指标。第六章 线性系统的校正方法 6.1 校正的基本概念 在研究系统校正装置时 , 为了方便 , 将系统中除了校正装置以外的部分 ,
2、 包括被控对象及控制器的基本组成部分一起 , 称为 “ 原有部分 ” (亦称固有部分或不可变部分 )。 因此 , 控制系统的校正 , 就是按给定的原有部分和性能指标 , 设计校正装置。 校正中常用的性能指标包括稳态精度、 稳定裕量以及响应速度等。 (1) 稳态精度指标 : 位置误差系数 Kp, 速度误差系数 Kv和 加速度误差系数 Ka。 第六章 线性系统的校正方法 (2) 稳定裕量指标 : 相角裕量 , 增益裕度 Kg， 谐振峰值 Mr， 最大超调量 , 阻尼比 。 (3) 响应速度指标 : 上升时间 tr， 调整时间 ts， 剪切频率 c , 带宽 BW, 谐振频率 r。 利用系统 给定的
3、原有部分和上述部分性能指标 , 可以很容易地设计出系统的校正装置使系统满足给定要求。第六章 线性系统的校正方法 校正装置接入系统的形式主要有两种 : （ 1）校正装置与系统原有部分相串联 , 如图 6-1(a)所示，这种校正方式称为串联校正；（ 2）从系统原有部分引出反馈信号 , 与原有部分或其一部分构成局部反馈回路 , 并在局部反馈回路内设置校正装置，这种校正方式称为反馈校正或并联校正 , 如图 6-1(b)所示。为提高性能 , 也常采用如图 6-1(c)所示的串联反馈校正。 图 6-1(d)所示的称为前馈补偿或前馈校正。 在此 , 反馈控制与前馈 控制并用 , 所以也称为复合控制系统。 第
4、六章 线性系统的校正方法 图 6-1 校正装置在控制系统中的位置 第六章 线性系统的校正方法 选择何种校正方式 , 主要取决于系统结构的特点、 采用的元件、信号的性质、经济条件及设计者的经验等。串联校正简单 , 较易实现。 反馈校正可以改善被反馈包围的环节的特性 , 抑制这些环节参数波动或非线性因素对系统性能的不良影响。复合控制则对于既要求稳态误差小 , 同时又要求暂态响应平稳快速的系统尤为适用。 综上所述 , 控制系统的校正不会像系统分析那样只有单一答案 , 也就是说 ,满足性能指标要求的校正方案不是唯一的。第六章 线性系统的校正方法 6.2 线性系统的基本控制规律 图 6-2 控制系统 控
5、制器 Gc(s) 被控对象 Go(s)R(s) C(s)第六章 线性系统的校正方法 1. 比例 (P)控制规律 具有比例控制规律的控制器 , 称为比例 (P)控制器，则图 6-2中的 Gc(s) Kp, 称为比例控制器增益。 比例控制器实质上是一个放大器。 在信号变换过程中 , 比例控制器只改变信号的增益而不影响其相位。 在串联校正中 , 加大控制器增益 Kp , 可以提高系统的开环增益 , 减小系统的稳态误差 , 从而提高系统的控制精度 , 但会降低系统的相对稳定性 , 甚至可能造 成闭环系统不稳定。因此 , 在系统校正设计中, 很少单独使用比例控制规律。 第六章 线性系统的校正方法 2. 比例 -微分 (PD)控制规律 具有比例 -微分控制规律的控制器 , 称为比例 -微分 (PD)控制器，则图 6-2中的 Gc(s) Kp(1 Tds)， 其中 Kp为 比例系数 , Td为微分时间常数。 Kp和 Td都是可调的参数。 PD控制器中的微分控制规律 , 能反应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 , 从而改善系统的稳定性。 在串联校正中 , 可使系统增加一个 1/Td的开环零点 , 使系统的相角裕量增加 , 因而有助于系统动态性能的改善 。
