东南大学：《自动控制原理》课程教学资源（PPT课件）第16讲 控制系统的校正设计（串联校正、反馈校正）Design and Compensation Techniques

第16讲 程向红 控制系统的校正 串联校正 反馈校正

1 第16讲 程向红 串联校正 反馈校正 控制系统的校正

第六章控制糸统的校正 Design and Compensation Techniques 前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基 本方法,就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。 本章讨论另一命题,即如何根据系统预先给定的性能 指标,去设计一个能满足性能要求的控制系统。 基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组 成,当被控对象确定后,对系统的设计实际上归结为对控制 器的设计,这项工作称为对控制系统的校正

2 基于一个控制系统可视为由控制器和被控对象两大部分组 成，当被控对象确定后，对系统的设计实际上归结为对控制 器的设计，这项工作称为对控制系统的校正。 第六章 控制系统的校正 前面几章讨论了控制系统几种基本方法。掌握了这些基 本方法，就可以对控制系统进行定性分析和定量计算。 本章讨论另一命题，即如何根据系统预先给定的性能 指标，去设计一个能满足性能要求的控制系统。 Design and Compensation Techniques

62常用校正装置及其特性 无源校正网络 超前校正 有源校正网络 滞后校正 滞后超前校正 1.无源超前校正 一般而言,当控制系统的开环增益增大到满足其静态 性能所要求的数值时,系统有可能不稳定,或者即使 能稳定,其动态性能一般也不会理想。在这种情况下, 需在系统的前向通路中增加超前校正装置,以实现在 开环增益不变的前题下,系统的动态性能亦能满足设 计的要求。 先讨论超前校正网络的特性,而后介绍基于频率响应法 的超前校正装置的设计过程

3 一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态 性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使 能稳定，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下， 需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在 开环增益不变的前题下，系统的动态性能亦能满足设 计的要求。 6.2 常用校正装置及其特性 无源校正网络 超前校正 有源校正网络 1.无源超前校正 滞后校正 滞后超前校正 先讨论超前校正网络的特性，而后介绍基于频率响应法 的超前校正装置的设计过程

a=10.T=1 1无源超前网络 1+ats aG(s) 1+T 20g T√a 上 L(Om)=20lg va=101g a t sin p I-sin R 10 (a)频率特性 Pm= arct arcsin C R 2√a a+1

4 10-2 10-1 100 101 0 5 10 15 20 10-2 10-1 100 101 0 10 20 30 40 50 60 (a)频率特性 a = 10,T = 1 aT 1 T 1  m 20lg a 10lg a  m Ts aTs aG s c + + = 1 1 ( ) T a m 1  = 1 1 arcsin 2 1 + − = − = a a a a  m arctg m m a   1 sin 1 sin − + = Lc (m ) = 20lg a =10lg a r u c u R1 C R2 1.无源超前网络

分0 10 lg a (b.最大超前角及最大超前角处幅值与分度系数的关系曲线

5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 (b) 最大超前角及最大超前角处幅值与分度系数的关系曲线 10lg a  m 10lg a d B  m o a

b=0.1T=1 2无源滞后网络 T 20b 1-b macsin 1+b bT 10 bT (2)≈mrcg01b-1)n R1 图6-12无源滞后网络特性 6

6 10-1 100 101 102 -20 -15 -10 -5 0 10-1 100 101 102 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 图6-12无源滞后网络特性 b = 0.1,T =1 bT 1 T 1  m 20lg b  m T b m 1  = b b m + − = 1 1  arcsin R1 ur uc R2 C 2.无源滞后网络 10 1 '' c bT  = ( ) [0.1( 1)] '' c c  arctg b−

0.01 0.1b dB -5 (O) 20lab 10-10° 1.6 -.8-0.6 图6-13b与92(2)和20gb的关系

7 -2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 -40 -20 0 -2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 -10 -5 0 图6-13 b与 ( ) '' c c 和20lgb的关系 b 0.01 0.1 1 20lgb ( ) '' c c −6 −10 −0 dB

kD,吵学无源超前网络 RI 0(o)°呵 滞后8斗 ja+D(Tojo+1) (aAja+1x ja+1) 图6-15无源滞后超前网络频率特性 (6-33)

8 10-2 10-1 100 101 102 103 -20 -15 -10 -5 0 10-2 10-1 100 101 102 103 -60 -40 -20 0 20 40 60 图6-15 无源滞后-超前网络频率特性 a a a b b a   dB  () L() 1 ( 1)( 1) ( 1)( 1) ( ) + + + + =     j a T aT j T j T j G s b a a b c (6-33) R1 3.无源滞后-超前网络 ur uc R2 C1 C2 滞后 超前

6.2.2有源校正网络 实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正, 但在放大器级间接入无源校正网络后,由于负载效 应问题,有时难以实现希望的规律。此外,复杂网 络的设计和调整也不方便。因此,需要采用有源校 正装置

9 实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正， 但在放大器级间接入无源校正网络后，由于负载效 应问题，有时难以实现希望的规律。此外，复杂网 络的设计和调整也不方便。因此，需要采用有源校 正装置。 6.2.2有源校正网络

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