1、LOGOHarbin Engineering University1Harbin Engineering University 第第7章章 線性控制系統(tǒng)的校正方法線性控制系統(tǒng)的校正方法LOGOHarbin Engineering University線性系統(tǒng)校正問題的提出線性系統(tǒng)校正問題的提出 穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 截止頻率截止頻率相角裕度相角裕度0352.4(/ )crad s0.01sse 若系統(tǒng)的性能指標(biāo)若系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)不到達(dá)不到期望的系統(tǒng)性能指標(biāo)期望的系統(tǒng)性能指標(biāo)演示演示例如：例如：0402.4(/ )crad s0.005sse 串連校正裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋校正裝置測(cè)量裝置被控量被控對(duì)象給

2、定裝置放大裝置(P5) 完整的反饋控制系統(tǒng)的基本組成完整的反饋控制系統(tǒng)的基本組成什么是校正？什么是校正？期望期望: :LOGOHarbin Engineering University （P335）在系統(tǒng)中加入一些其在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的的機(jī)構(gòu)或裝置機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)性能性能全面滿足全面滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)測(cè)量裝置被控量被控對(duì)象給定裝置反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)基本組成基本組成放大裝置什么是校正？什么是校正？LOGOHarbin Engineering

3、University不可變部分不可變部分（P335）在系統(tǒng)中加入一些其在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改參數(shù)可以根據(jù)需要而改變變的的機(jī)構(gòu)或裝置機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而使系，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)性能統(tǒng)性能全面滿足全面滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。什么是校正？什么是校正？LOGOHarbin Engineering University串連校正裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋校正裝置測(cè)量裝置被控量被控對(duì)象給定裝置放大裝置 完整的反饋控制系統(tǒng)的基本組成完整的反饋控制系統(tǒng)的基本組成（P335）在系統(tǒng)中加入一些其在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改參數(shù)可以根據(jù)需要

4、而改變變的的機(jī)構(gòu)或裝置機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而使系，使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)性能統(tǒng)性能全面滿足全面滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。什么是校正？什么是校正？LOGOHarbin Engineering University各種復(fù)合校正原理與步驟怎樣？各種復(fù)合校正原理與步驟怎樣？ 各種各種串聯(lián)校正串聯(lián)校正原理與步驟怎樣原理與步驟怎樣？ 校正裝置中的基本控制規(guī)律有哪些，作用如何校正裝置中的基本控制規(guī)律有哪些，作用如何？控制系統(tǒng)校正控制系統(tǒng)校正的目的和原理的目的和原理？ 第第7 7章章 線性控制系統(tǒng)的校正方法線性控制系統(tǒng)的校正方法目標(biāo)目標(biāo)（Objective

5、s）LOGOHarbin Engineering University第第7 7章章 線性控制系統(tǒng)的校正方法線性控制系統(tǒng)的校正方法主要內(nèi)容主要內(nèi)容7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律 7.3 串聯(lián)校正串聯(lián)校正7.4 反饋校正反饋校正7.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述概述7.5 復(fù)合校正（復(fù)合校正（復(fù)合控制復(fù)合控制）LOGOHarbin Engineering University一、校正方法（一、校正方法（按性能指標(biāo)分類按性能指標(biāo)分類） P340 2根軌跡法校正根軌跡法校正：如果性能指標(biāo)以：如果性能指標(biāo)以時(shí)域特征量時(shí)域特征量給出時(shí)給出時(shí) 。1頻率法校正頻率法校正：如

6、果性能指標(biāo)以：如果性能指標(biāo)以頻域特征量頻域特征量給出時(shí)給出時(shí) 。7.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述概述cxrrMb%ptstrtssepKvKaK()gKdBLOGOHarbin Engineering University1 1分析法（分析法（試探法試探法）：設(shè)計(jì)者：設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照按照性能指標(biāo)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)校正裝置設(shè)計(jì)校正裝置。在物理上易于實(shí)現(xiàn)，但要求設(shè)計(jì)者有一。在物理上易于實(shí)現(xiàn)，但要求設(shè)計(jì)者有一定的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。定的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 二、校正裝置的設(shè)計(jì)二、校正裝置的設(shè)計(jì)思路（思路（P339）2 2綜合法綜合法（期望特性法期望特性法）：根據(jù)要求的：根據(jù)要求的性能指標(biāo)性能指標(biāo)

7、確定系確定系統(tǒng)統(tǒng)期望的開環(huán)特性形狀期望的開環(huán)特性形狀，然后，然后與系統(tǒng)原有開環(huán)特性進(jìn)行與系統(tǒng)原有開環(huán)特性進(jìn)行（圖解）（圖解）比較比較，從而確定校正裝置。，從而確定校正裝置。7.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述LOGOHarbin Engineering University1. 1. 串聯(lián)校正串聯(lián)校正串聯(lián)校正串聯(lián)校正串聯(lián)于前向通道中串聯(lián)于前向通道中, 比較器后比較器后和和放大器前放大器前。三、校正方式三、校正方式（校正裝置在系統(tǒng)中的（校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式連接方式） P337優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：分析簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，易于理解。：分析簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，易于理解。7.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述

8、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述LOGOHarbin Engineering University2. 2. 反饋校正反饋校正 反饋校正反饋校正位于位于局部反饋通路局部反饋通路中。中。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可消除：可消除原系統(tǒng)中不可變部分的參數(shù)波原系統(tǒng)中不可變部分的參數(shù)波 動(dòng)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。對(duì)系統(tǒng)性能的影響。三、校正方式三、校正方式（校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式）（校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式） P3377.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述LOGOHarbin Engineering University3.3. 復(fù)合校正復(fù)合校正 按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正（控制）（控制）三、校正方式三、

9、校正方式（校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式）（校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式） P3377.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述回顧回顧LOGOHarbin Engineering University 按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正（控制）（控制）-R(s)1( )G s2( )G sC(s)( )rG sE(s)7.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述3.3. 復(fù)合校正復(fù)合校正三、校正方式三、校正方式（校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式（校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式） P337回顧回顧LOGOHarbin Engineering University第第7 7章章 線性控制系統(tǒng)的校正

10、方法線性控制系統(tǒng)的校正方法主要內(nèi)容主要內(nèi)容7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律 7.3 串聯(lián)校正串聯(lián)校正7.4 反饋校正反饋校正7.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正概述概述7.5 復(fù)合校正（復(fù)合校正（復(fù)合控制復(fù)合控制）LOGOHarbin Engineering University7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律 （P340)控制規(guī)律及其控制規(guī)律及其組合組合-校正裝置的傳遞函數(shù)包含的環(huán)節(jié)，便于選擇元件校正裝置的傳遞函數(shù)包含的環(huán)節(jié)，便于選擇元件比例比例 (P-Proportional) 微分微分（D-Derivative ）積分（積分（I- Int

11、egral ）LOGOHarbin Engineering University2)可能會(huì)造成可能會(huì)造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，即，即降低系統(tǒng)穩(wěn)定性降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。1. 比例比例(P-Proportional)控制規(guī)律控制規(guī)律（P341) 7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律1)在串聯(lián)校正中，增大在串聯(lián)校正中，增大Kp可可提高系統(tǒng)的開環(huán)增益提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小穩(wěn)減小穩(wěn)態(tài)誤差態(tài)誤差。( )cpG sK-P控制器控制器LOGOHarbin Engineering University2. 比例比例+微分微分(PD，D-Derivative )控制規(guī)律控制規(guī)律（P342

12、)1）在串聯(lián)校正中，為系統(tǒng)增加在串聯(lián)校正中，為系統(tǒng)增加一個(gè)一個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，使，使系統(tǒng)相角裕度提高系統(tǒng)相角裕度提高，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 。7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律2）在串聯(lián)校正中，增加在串聯(lián)校正中，增加超前相角，超前相角，能能反應(yīng)輸入信號(hào)的變化趨勢(shì)反應(yīng)輸入信號(hào)的變化趨勢(shì)，從而，從而改改善系統(tǒng)善系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定性。( )(1)pcKG ss例例7.1分析分析P P控制器控制器, , 及及PDPD控制器控制器對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定性的影響。的影響。2KJsR(s)E(s)C(s)- -( )cG s- PD控制器控制器LOGOHarbin Eng

13、ineering University3. 積分積分 (I- Integral )控制規(guī)律控制規(guī)律7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律1） 在串聯(lián)校正中，在串聯(lián)校正中，能提高系統(tǒng)的型別能提高系統(tǒng)的型別，減小或消除，減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差，提高了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能提高了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能 。2）在串聯(lián)校正中，）在串聯(lián)校正中，減小了相角裕度減小了相角裕度 ，且使，且使系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定性下降下降。一般不單獨(dú)使用一般不單獨(dú)使用。1( )ciG ssT-I控制器控制器LOGOHarbin Engineering University4. 比例比例+積分積分(PI)控制規(guī)律控制規(guī)律 （P34

14、4)1）串聯(lián)校正中，串聯(lián)校正中， 可提高系統(tǒng)型別，消除或減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，可提高系統(tǒng)型別，消除或減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能 ； 7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律2）串聯(lián)校正中，串聯(lián)校正中， 可提供一個(gè)可提供一個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，緩和緩和新增極點(diǎn)新增極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能動(dòng)態(tài)性能及及穩(wěn)定性穩(wěn)定性的不利影響的不利影響。11( )(1)ippicisG ssTKTTsK例：例：R(s)E(s)C(s)-分析分析I控制器控制器、PI控制器控制器對(duì)對(duì)系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能的影響。的影響。)1(sTsK( )cG s-PI控制器控制器LOGOHarbin Engineering University5. 比例比例-積分積分-微分（微分（PID）控制規(guī)律）控制規(guī)律（P345)1）串聯(lián)）串聯(lián)PID控制器控制器能提高系統(tǒng)型別能提高系統(tǒng)型別(I)，改善穩(wěn)態(tài)性能改善穩(wěn)態(tài)性能。2) 串聯(lián)串聯(lián)PID控制器控制器能提供兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)能提供兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)(D)，提高動(dòng)態(tài)性能提高動(dòng)態(tài)性能 。3）通常通常應(yīng)使應(yīng)使I部分部分發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的低頻段低頻段； 使使D部分部分發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的中頻段中頻段。 7.2 校正裝置中的基本控制規(guī)律校正裝置中的基本控制規(guī)律211( )(1)iiiippcTTTTs