《机械控制工程基础》课程教学资源（PPT课件）第七章 系统校正

第七章系统校正第七章系统校正本章学习要点概述7.1串联校正7.27.3 PID校正7.4反馈校正

第七章 系统校正 第七章 系统校正 本章学习要点 ◆ 7.1 概述 ◆ 7.2 串联校正 ◆ 7.3 PID校正 ◆ 7.4 反馈校正

第七章系统校正7.1概述在工程实际应用中，分析、设计控制系统的目的是这个控制系统应该满足工程应用的实际需要，即满足工程应用对该控制系统性能的要求。当一个控制系统的性能不能全面地满足工程应用所要求的性能指标时，从而引出了系统的校正问题本章将从控制工程的角度，讨论控制系统的系统综合与校正问题，重点介绍系统校正的概念、系统的性能指标和系统校正的方法

第七章 系统校正 7.1 概述 在工程实际应用中，分析、设计控制系统 的目的是这个控制系统应该满足工程应用的实 际需要，即满足工程应用对该控制系统性能的 要求。当一个控制系统的性能不能全面地满足 工程应用所要求的性能指标时，从而引出了系 统的校正问题。 本章将从控制工程的角度，讨论控制系统 的系统综合与校正问题，重点介绍系统校正的 概念、系统的性能指标和系统校正的方法

第七章系统校正7.1.1校正的概念所谓校正(或称补偿、调节)，就是对已选定的系统附加一些具有某种典型环节的传递函数，通过附加的典型环节的参数配置和系统增益的调整来有效地改善整个系统的控制性能，以达到所要求的性能指标，这些附加的典型环节通常是电网络、运算部件或测量装置等无源或有源微积分电路或速度、加速度传感器等，附加的典型环节也称为校正元件或校正装置

第七章 系统校正 7.1.1 校正的概念 所谓校正(或称补偿、调节)，就是对已 选定的系统附加一些具有某种典型环节的传 递函数，通过附加的典型环节的参数配置和 系统增益的调整来有效地改善整个系统的控 制性能，以达到所要求的性能指标。 这些附加的典型环节通常是电网络、运 算部件或测量装置等无源或有源微积分电路 或速度、加速度传感器等，附加的典型环节 也称为校正元件或校正装置

第七章系统校正7.1.2系统的性能指标按其类型可分为：系统的性能指标，(1）时域性能指标：它包括瞬态性能指标和稳态性能指标；频域性能指标：它不仅反映系统在频域方(2) 面的特性，而且当时域性能不易求得可首先用频率特性实验来求得该系统在频域中的动态性能，再由此推出时域中的动态性能;

第七章 系统校正 7.1.2 系统的性能指标 系统的性能指标，按其类型可分为： (1) 时域性能指标：它包括瞬态性能指标和稳 态性能指标； (2) 频域性能指标：它不仅反映系统在频域方 面的特性，而且当时域性能不易求得可首 先用频率特性实验来求得该系统在频域中 的动态性能，再由此推出时域中的动态性 能；

第七章系统校正(3）综合性能指标：它是考虑对系统的某些重要参数应如何取值才能保证系统获得某一最优的综合性能的测度，即若对这个性能指标取极值、则可获得有关重要参数值而这些参数值可保证这一综合性能为最优。分析系统的性能指标能否满足要求以及如何满足要求，一般可分三种不同情况：

第七章 系统校正 (3) 综合性能指标：它是考虑对系统的某些重 要参数应如何取值才能保证系统获得某一 最优的综合性能的测度，即若对 这个性 能指标取极值、则可获得有关重要参数值， 而这些 参数值可保证这一综合性能为最 优。 分析系统的性能指标能否满足要求 以及如何满足要求，一般可分三种不同 情况：

第七章系统校正（1）在确定了系统的结构和参数后，计算与分析系统的性能指标（2）在初步选择系统的结构和参数后，核算系统的性能指标能否达到要求，如果不能，则需要修改系统的参数甚至结构，或对系统进行校正；（3）给定综合性能指标（如目标函数、性能函数等），设计满足此指标的系统，包括设计必要的校正环节

第七章 系统校正 （1）在确定了系统的结构和参数后，计算与 分析系统的性能指标； （2）在初步选择系统的结构和参数后，核算 系统的性能指标能否达到要求，如果不能，则 需要修改系统的参数甚至结构，或对系统进行 校正； （3）给定综合性能指标（如目标函数、性能 函数等），设计满足此指标的系统，包括设计 必要的校正环节

第七章系统校正1.时域性能指标（1）瞬态性能指标系统的瞬态性能指标一般是在单位阶跃信号输入下，由系统输出的过渡过程所给出的，实质上是由系统瞬态响应所决定的，它包括七个主要方面:①最大超调量M延迟时间t5调整时间j（过渡时间)t稳态误差6)峰值时间t?静态误差④上升时间t

第七章 系统校正 1．时域性能指标 （1）瞬态性能指标 系统的瞬态性能指标一般是在单位阶跃信号 输入下，由系统输出的过渡过程所给出的，实质 上是由系统瞬态响应所决定的，它包括七个主要 方面： ① 最大超调量 M p ② 调整时间（过渡时间） s t ③ 峰值时间 p t ④ 上升时间 r t ⑤ 延迟时间 d t ⑥ 稳态误差 ⑦ 静态误差

第七章系统校正（2）稳态性能指标稳态误差：当系统的调整过程结束以后实际的输出量与理想输出量之间的偏差2.频域性能指标系统的频域性能可分为：开环频域指标和闭环频域指标。（1）开环频域指标是通过开环对数幅频特性曲线给出的频域性能指标1)开环剪切频率の静态位置误差系数K4)相位裕量(の)静态速度误差系数K5幅值裕量K。()稳态加速度误差系数K36)

第七章 系统校正 （2）稳态性能指标 稳态误差：当系统的调整过程结束以后， 实际的输出量与理想输出量之间的偏差。 2．频域性能指标 系统的频域性能可分为：开环频域指标和 闭环频域指标。 c  () () Kg Kp Kv ① 开环剪切频率 （1）开环频域指标是通过开环对数幅频特性 曲线给出的频域性能指标： ② 相位裕量 ③ 幅值裕量 ④ 静态位置误差系数 ⑤ 静态速度误差系数 ⑥ 稳态加速度误差系数Ka

第七章系统校正闭环频域指标是通过系统闭环幅频特性曲(2）线给出的频域性能指标：①谐振频率のAmaxM相对谐振峰值：M2A(0)当A(0)=1时,Amx与 M,在数值上相同,Amax为最大值③复现频率の㎡及复现带宽0～の复现频率：若事先给定一个^作为反映低频正弦输入信号作用下的允许误差，则m就是幅频特性值与A(O)的差第一次达到^时的频率值。复现带宽：当频率超过复现频率のm，系统的输出就不能“复现”输入，所以0④m美表示了复现低频正弦输入信号的带宽，天称为复现带宽或工作带宽

第七章 系统校正 （2）闭环频域指标是通过系统闭环幅频特性曲 线给出的频域性能指标： ① 谐振频率 r Mr (0) max A A ② 相对谐振峰值： Mr = A(0) =1 Amax 当 时， 与 Mr 在数值上相同， Amax 为最大值 ③ 复现频率  m 及复现带宽0～  m  m A(0) 复现频率：若事先给定一个Δ作为反映低频正弦 输入信号作用下的允许误差，则 就是幅频特性 值与 的差第一次达到Δ时的频率值。  m  m 复现带宽：当频率超过复现频率 ，系统的输出 就不能“复现”输入，所以0～ 表示了复现低频 正弦输入信号的带宽，称为复现带宽或工作带宽

第七章系统校正④截止频率の及截至带宽0～の一般规定此处A(の)是由A(O)下降3dBmax时的频率，即A(O)下降到0.707A(0)的A(0)A频率称为系统截J2A(0)C止频率0或系统闭环截止频率频率0～の的范围称为系统的闭环带宽，也称为工作带宽或带宽。00OrObm

第七章 系统校正 ④ 截止频率 b 及截至带宽0～ b A(0) A() A(0) A(0) b b 一般规定此处 是由 下降3dB 时的频率，即 下降到0.707 的 频率称为系统截 止频率 或系统 闭环截止频率。 频率0～ 的范围 称为系统的闭环 带宽，也称为工 作带宽或带宽。  m Amax A(0) (0) 2 2 A  r b 0 