第六章線性系統(tǒng)的校正第一節(jié)線性系統(tǒng)校正的概念第二節(jié)線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律第三節(jié)常用校正裝置及特點第四節(jié)校正裝置設(shè)計的方法和依據(jù)第五節(jié)串聯(lián)校正的設(shè)計第六節(jié)反饋校正的設(shè)計第七節(jié)反饋和前饋復(fù)合控制第八節(jié)MATLAB在線性系統(tǒng)校正中的應(yīng)用第六章線性系統(tǒng)的校正第一節(jié)線性1第一節(jié)線性系統(tǒng)校正的概念控制系統(tǒng)不可變部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器檢測裝置可變部分放大器、校正裝置迫使系統(tǒng)滿足給定的性能(設(shè)計系統(tǒng))一、控制系統(tǒng)的組成第一節(jié)線性系統(tǒng)校正的概念控制系統(tǒng)不可變部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)2

根據(jù)被控對象及其控制要求，選擇適當(dāng)?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)律設(shè)計一個滿足給定性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)。校正(補(bǔ)償)：通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)中增加附加裝置或元件對已有的系統(tǒng)（固有部分）進(jìn)行再設(shè)計使之滿足性能要求。控制系統(tǒng)的設(shè)計本質(zhì)上是尋找合適的校正裝置(校正裝置)二、控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)根據(jù)被控對象及其控制要求，選擇適當(dāng)?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)3三、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)精度穩(wěn)態(tài)誤差ess過渡過程響應(yīng)特性時域：上升時間tr、超調(diào)量Mp、調(diào)節(jié)時間ts頻域：諧振峰值Mr、增益交界頻率ωc、諧振頻率ωr、帶寬ωb相對穩(wěn)定性 增益裕量Kg、相位裕量(c)擾動的抑制 帶寬ωb三、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)精度過渡過程響應(yīng)特性時域：上升時間4四、校正方式串聯(lián)校正并聯(lián)校正（反饋校正）復(fù)合（前饋、順饋）校正四、校正方式串聯(lián)校正并聯(lián)校正（反饋校正）復(fù)合（前饋、順饋）校5校正方式選擇需要考慮的因素系統(tǒng)中信號的性質(zhì)；技術(shù)方便程度；可供選擇的元件；其它性能要求（抗干擾性、環(huán)境適應(yīng)性等）；經(jīng)濟(jì)性…串聯(lián)校正的特點設(shè)計較簡單，容易對信號進(jìn)行各種必要的變換，但需注意負(fù)載效應(yīng)的影響。反饋校正的特點可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，元件數(shù)也往往較少。同時采用串、并聯(lián)校正

性能指標(biāo)要求較高的系統(tǒng)。校正方式選擇需要考慮的因素串聯(lián)校正的特點6第二節(jié)線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律PID(ProportionalIntegralDerivative)控制：對偏差信號e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運算變換后形成的一種控制規(guī)律。比例控制（P）Proportional微分控制（D）積分控制（I）IntegralDerivative線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律

P、PI、PD或PID控制適用于數(shù)學(xué)模型已知及大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的控制系統(tǒng)或過程。

PID控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活第二節(jié)線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律PID(Proport7一、比例控制（P）比例控制器實質(zhì)是一種增益可調(diào)的放大器一、比例控制（P）比例控制器實質(zhì)是一種增益可調(diào)的放大器8對系統(tǒng)性能的影響正好相反。Kp>1開環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減小；幅值穿越頻率增大，過渡過程時間縮短；系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差。原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時才采用比例控制。Kp<1對系統(tǒng)性能的影響正好相反。Kp>1開環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減小9

微分控制具有預(yù)測特性。

Td

就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的時間間隔。微分控制不可能預(yù)測任何尚未發(fā)生的作用。二、比例微分（PD）控制微分控制具有預(yù)測特性。微分控制不可能預(yù)測任何尚未10轉(zhuǎn)折頻率1=Kp/Td預(yù)先作用抑制階躍響應(yīng)的超調(diào)縮短調(diào)節(jié)時間抗高頻干擾能力轉(zhuǎn)折頻率1=Kp/Td預(yù)先作用抑制階躍響應(yīng)的超調(diào)11相位裕量增加，穩(wěn)定性提高；c增大，快速性提高Kp＝1時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能沒有變化。高頻段增益上升，可能導(dǎo)致執(zhí)行元件輸出飽和，并且降低了系統(tǒng)抗干擾的能力；微分控制僅僅在系統(tǒng)的瞬態(tài)過程中起作用，一般不單獨使用。

PD控制通過引入微分作用改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能相位裕量增加，穩(wěn)定c增大，快速性提高Kp＝1時，系統(tǒng)的穩(wěn)高12三、比例積分（PI）控制調(diào)節(jié)Ti

影響積分控制作用；調(diào)節(jié)Kp既影響控制作用的比例部分，又影響積分部分。由于存在積分控制，PI控制器具有記憶功能。三、比例積分（PI）控制調(diào)節(jié)Ti影響積分控制作用；由于存在13轉(zhuǎn)折頻率1=1/（KpTi）一個積分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度一個開環(huán)零點彌補(bǔ)積分環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響轉(zhuǎn)折頻率1=1/（KpTi）一個積分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)14Kp＝1系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善。相位裕量減小，穩(wěn)定程度變差。Kp＝1系統(tǒng)型次提相位裕量減15Kp<1系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善；系統(tǒng)從不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定；c減小，快速性變差。Kp<1系統(tǒng)型次提高，系統(tǒng)從不穩(wěn)定變c減小，快速性16通過引入積分控制作用以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。通過比例控制作用來調(diào)節(jié)積分作用所導(dǎo)致相角滯后對系統(tǒng)的穩(wěn)定性所帶來的不利影響。由于，導(dǎo)致引入PI控制器后，系統(tǒng)的相位滯后增加，因此，若要通過PI控制器改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須有Kp<1，以降低系統(tǒng)的幅值穿越頻率。通過引入積分控制作用以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。由于17四、PID控制

一個零極點提高穩(wěn)態(tài)精度兩個負(fù)實部零點提高動態(tài)性能四、PID控制一個零極點提高穩(wěn)態(tài)精度18Kp＝1Kp＝119在低頻段，PID控制器通過積分控制作用,改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；在中頻段，PID控制器通過微分控制作用,有效地提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。近似有：通常PID控制器中i<d（即Ti>Td）在低頻段，PID控制器通過積分控制作用,改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能20第三節(jié)常用校正裝置及特點校正裝置無源校正裝置有源校正裝置無相移校正裝置相位超前校正裝置相位滯后校正裝置相位滯后—超前校正裝置無相移校正裝置相位超前校正裝置相位滯后校正裝置相位滯后—超前校正裝置第三節(jié)常用校正裝置及特點校正裝置無源校正裝置有源校21一、無源校正裝置與有源校正裝置的特點無源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容元件

優(yōu)點：校正元件的特性比較穩(wěn)定。缺點：由于輸出阻抗較高而輸入阻抗較低，需要另加放大器并進(jìn)行隔離;

沒有放大增益，只有衰減。有源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容電路+線性集成運算放大器優(yōu)點：帶有放大器，增益可調(diào)，使用方便靈活。缺點：特性容易漂移。一、無源校正裝置與有源校正裝置的特點無源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容元件有22二、無相移校正裝置（比例控制）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式無源網(wǎng)絡(luò)放大器3、Bode圖二、無相移校正裝置（比例控制）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式無源網(wǎng)23三、相位超前校正裝置（PD校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式三、相位超前校正裝置（PD校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式24采用阻容網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PD校正裝置時α的取值1）受超前校正裝置物理結(jié)構(gòu)的限制；2）α

太大，通過校正裝置的信號幅值衰減太嚴(yán)重。近似地實現(xiàn)PD控制實用微分校正電路一般取α≤20幾點說明：采用阻容網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PD校正裝置時α的取值近似地實現(xiàn)PD控制實用25整個系統(tǒng)的開環(huán)增益下降α

倍。為滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求，必須提高放大器的增益予以補(bǔ)償。近似PD校正裝置在整個頻率范圍內(nèi)都產(chǎn)生相位超前。相位超前校正。串聯(lián)校正時轉(zhuǎn)角頻率1/T，/T的幾何中點

3、Bode圖整個系統(tǒng)的開環(huán)增益下降α倍。為滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求26α

m

α=20時，m65°高通濾波特性，α

值過大對抑制系統(tǒng)高頻噪聲不利。相位超前系統(tǒng)帶寬

動態(tài)性能噪聲為保持較高的系統(tǒng)信噪比，通常選擇α＝10(此時m=55°)。最大超前角αm高通濾波特性，α值過大對抑制系統(tǒng)高頻27使中頻段斜率減小在1/T和/T間引入相位超前使中頻段斜率減小在1/T和/T間引入相位超前28三、相位滯后校正裝置（PI校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式三、相位滯后校正裝置（PI校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式293、Bode圖在整個頻率范圍內(nèi)相位都滯后，相位滯后校正。轉(zhuǎn)角頻率1/T，1/T的幾何中點。開環(huán)對數(shù)頻率特性的中高頻部分增益交界頻率穩(wěn)定裕量串聯(lián)校正時開環(huán)對數(shù)頻率特性的低頻部分穩(wěn)態(tài)精度3、Bode圖在整個頻率范圍內(nèi)相位都滯后，相位滯后校正。30α越大，相位滯后越嚴(yán)重。應(yīng)盡量使產(chǎn)生最大滯后相角的頻率ωm遠(yuǎn)離校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻率ωc，否則會對系統(tǒng)的動態(tài)性能產(chǎn)生不利影響。常取α越大，相位滯后越嚴(yán)重。31對于穩(wěn)定的系統(tǒng)提高穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度，1/T和1/T向左遠(yuǎn)離c，使c附近的相位不受滯后環(huán)節(jié)的影響。對于不穩(wěn)定的系統(tǒng)增益降低使得c減小。滯后校正裝置實質(zhì)上是一個低通濾波器，它對低頻信號基本上無衰減作用,但能削弱高頻噪聲，α越大，抑制噪聲能力越強(qiáng)。通常選α

=10左右。對于穩(wěn)定的系統(tǒng)對于不穩(wěn)定的系統(tǒng)滯后校正裝置實質(zhì)上是一個低通32四、相位滯后—超前校正裝置（PID校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式滯后-超前校正四、相位滯后—超前校正裝置（PID校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)33PID校正滯后-超前校正PID校正滯后-超前校正34前半段是相位滯后部分,由于具有使增益衰減的作用，所以允許在低頻段提高增益，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。后半段是相位超前部分,可以提高系統(tǒng)的相位裕量,加大幅值穿越頻率，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。3、Bode圖前半段是相位滯后部分,由于具有使增益衰減的作用，所以允許在低35第四節(jié)校正裝置設(shè)計的方法和依據(jù)一、設(shè)計方法控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)涵：根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求確定控制器的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)，并實現(xiàn)之。1、根軌跡設(shè)計方法系統(tǒng)性能指標(biāo)閉環(huán)主導(dǎo)極點位置系統(tǒng)參數(shù)根軌跡加入校正裝置主要問題：

1、設(shè)計何種控制規(guī)律2、過程復(fù)雜第四節(jié)校正裝置設(shè)計的方法和依據(jù)一、設(shè)計方法控制系統(tǒng)362、頻率特性設(shè)計方法系統(tǒng)性能指標(biāo)期望的頻率特性系統(tǒng)固有部分頻率特性加入校正裝置系統(tǒng)固有部分傳遞函數(shù)優(yōu)點：1、開環(huán)頻率特性圖容易繪制簡便2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與系統(tǒng)性能關(guān)系清晰直觀2、頻率特性設(shè)計方法系統(tǒng)性能指標(biāo)期望的頻率特性系統(tǒng)固有部分頻37二、設(shè)計依據(jù)和一般步驟（1）繪制固有部分的開環(huán)伯德圖（2）列出控制系統(tǒng)需要滿足的性能指標(biāo)（3）校正后的開環(huán)伯德圖（期望開環(huán)頻率特性）（4）求出校正裝置的伯德圖（5）求出校正裝置的傳遞函數(shù)（6）確定校正裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)二、設(shè)計依據(jù)和一般步驟（1）繪制固有部分的開環(huán)伯德圖（2）列38三、頻域性能指標(biāo)的確定1、控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)(1)以系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo)

上升時間tr、超調(diào)量Mp、調(diào)節(jié)時間ts(2)以系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo)

諧振峰值Mr、諧振頻率ωr、帶寬ωb(3)以系統(tǒng)開環(huán)頻率特性為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo)系統(tǒng)開環(huán)伯德圖的剪切頻率ωc系統(tǒng)的增益裕度Gm、相角裕度(c)三組性能指標(biāo)不是各自獨立,可以混合使用,但不能互相矛盾!三、頻域性能指標(biāo)的確定1、控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)(1)以系統(tǒng)392、控制系統(tǒng)的帶寬頻率的確定重要性：對系統(tǒng)性能有重要影響，受很多因素影響（1）信號復(fù)現(xiàn)能力和噪聲干擾確定方法：有用信號帶寬干擾信號帶寬需注意問題：ωs和ωn靠得比較近難以確定（2）機(jī)械諧振頻率的限制考慮的主要問題：盡可能無失真地復(fù)現(xiàn)有用信號，減少干擾?？紤]的主要問題：避免激起機(jī)械振蕩，甚至共振。確定方法：需注意問題：ωb和ωm靠得比較近會降低相對穩(wěn)定性開環(huán)伯德圖的剪切頻率ωc和ωm距離盡可能遠(yuǎn)些2、控制系統(tǒng)的帶寬頻率的確定重要性：對系統(tǒng)性能有重要影響，受40（3）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型將系統(tǒng)固有部分的數(shù)學(xué)模型在一定條件下予以簡化，用較為簡單的低階數(shù)學(xué)模型去近似和代替原系統(tǒng)模型。要求：選定的ωC應(yīng)在近似的數(shù)學(xué)模型的適用帶寬內(nèi)。幾種常見的近似和適用條件（3）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型將系統(tǒng)固有部分的數(shù)學(xué)模型在一定條件下予以41四、頻率特性設(shè)計方法頻率特性圖可以清楚表明系統(tǒng)改變性能指標(biāo)的方向。頻域設(shè)計通常通過Bode圖進(jìn)行處理起來十分簡單。

（當(dāng)采用串聯(lián)校正時，使得校正后系統(tǒng)的Bode圖即為原有系統(tǒng)Bode圖和校正裝置的Bode圖直接相加）對于某些數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)起來比較困難的元件，如液壓和氣動元件，通?？梢酝ㄟ^頻率響應(yīng)實驗來獲得其Bode圖。在涉及到高頻噪聲時，頻域法設(shè)計比其他方法更為方便。四、頻率特性設(shè)計方法頻率特性圖可以清楚表明系統(tǒng)改變性能指標(biāo)的42低頻段(第一個轉(zhuǎn)折頻率ω1之前的頻段)穩(wěn)態(tài)性能中頻段

(ω1~10ωc) 動態(tài)性能高頻段

(10ωc

以后的頻段) 抗干擾三頻段低頻段(第一個轉(zhuǎn)折頻率ω1之前的頻段)穩(wěn)態(tài)性能三頻段43低頻段穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)0型系統(tǒng)Kp＝K；Kv＝Ka＝0I型系統(tǒng)Kp＝∞；Kv＝ω1；Ka＝0II型系統(tǒng)Kp＝∞；Kv＝∞；Ka=ω22

低頻段穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)0型系統(tǒng)Kp＝K；Kv＝Ka＝0I型44中頻段反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性中頻段最小相位系統(tǒng)的相位裕量中頻段的斜率高頻段的斜率中頻段的帶寬低頻段斜率中頻段反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性中頻段最小相位系統(tǒng)的相位裕量中45–60dB/dec肯定不穩(wěn)定；–40dB/dec可能穩(wěn)定，但穩(wěn)定裕量較??；–20dB/dec一般穩(wěn)定，且穩(wěn)定裕量大。

例外：頻帶太窄時，ωc

ωg，也不穩(wěn)定。中頻段斜率變化對γ的影響–60dB/dec肯定不穩(wěn)定；例外：頻帶太窄時，ω46γ=180°γ=0°γ=90°低、中、高頻段斜率相同γ=180°γ=0°γ=90°低、中、高頻段斜率相同47低頻段斜率變化對γ的影響１、低頻段0dB/dec中頻段–20dB/dec低頻段斜率變化對γ的影響１、低頻段0dB/dec48γ=90°２、低頻段-20dB/dec中頻段–20dB/decγ=90°２、低頻段-20dB/dec中頻段–249低頻段有更大的斜率將導(dǎo)致相位裕量減?。ㄔ瓉頌?0°）。 影響的大小與ωc/ω1有關(guān)，ω1離ωc越遠(yuǎn)，影響越小。３、低頻段-40dB/dec中頻段–20dB/dec低頻段有更大的斜率將導(dǎo)致相位裕量減?。ㄔ瓉頌?0°）。３、低50結(jié)論：低頻段斜率越大對相位裕量影響越大。４、低頻段-60dB/dec中頻段–20dB/dec結(jié)論：低頻段斜率越大對相位裕量影響越大。４、低頻段-60dB51γ=90°高頻段斜率變化對γ的影響１、中頻段-20dB/dec高頻段–20dB/decγ=90°高頻段斜率變化對γ的影響１、中頻段-20dB/52高頻段有更大的斜率同樣導(dǎo)致相位裕量減小。ω2離ωc越遠(yuǎn)，影響越小。２、中頻段-20dB/dec高頻段–40dB/dec高頻段有更大的斜率同樣導(dǎo)致相位裕量減小。ω2離ωc越遠(yuǎn)，影53結(jié)論：高頻段斜率越大對相位裕量影響也越大。３、中頻段-20dB/dec高頻段–60dB/dec結(jié)論：高頻段斜率越大對相位裕量影響也越大。３、中頻段-20d54中頻帶寬度對γ的影響中頻帶寬度對γ的影響55ω1、ω2離ωc越遠(yuǎn)，即h=ω2/ω1越大，相位裕量γ越大。相位裕量最大時ω1、ω2離ωc越遠(yuǎn)，即h=ω2/ω1越大，相位裕量γ越56一個設(shè)計合理的系統(tǒng)的三頻段中頻段的斜率以－20dB為宜；低頻段和高頻段可以有更大的斜率

低頻段斜率大，提高穩(wěn)態(tài)性能； 高頻段斜率大，排除干擾。但中頻段必須有足夠的帶寬，以保證系的相位裕量，帶寬越大，相位裕量越大。

ωc的大小取決于系統(tǒng)的快速性要求。ωc大快速性好，但抗擾能力下降。一個設(shè)計合理的系統(tǒng)的三頻段中頻段的斜率以－20dB為宜；低頻57五、期望的系統(tǒng)開環(huán)頻率特性（期望特性）根據(jù)設(shè)計指標(biāo)而確定的滿足系統(tǒng)品質(zhì)要求的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線。期望特性：Lds(ω)1、確定低頻段低頻段：L()20lgK1放大環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)無差度Ａ五、期望的系統(tǒng)開環(huán)頻率特性（期望特性）根據(jù)設(shè)計指582、中頻段（1）按給定的時域頻性能指標(biāo)交界頻率ωc（2）過ωc點作-20dB/dec的直線（3）確定中頻漸近線的長度，或起點ω2和終點ω3ω2和ω3分別成為ωc前后的轉(zhuǎn)折頻率I型或II型系統(tǒng)2、中頻段（1）按給定的時域頻性能指標(biāo)交界頻率ωcω2和ω59３、高頻段系統(tǒng)固有特性Ls(ω)的高頻部分

相同斜率、便于實現(xiàn)?。。?、期望頻率特性畫法舉例

設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為要求的性能指標(biāo)為３、高頻段系統(tǒng)固有特性Ls(ω)的高頻部分相同斜率、便于實60解：(1)低頻段的繪制I型系統(tǒng)低頻段斜率:－20dB/decA點:(=1,20lgK=20lg200=46dB)（2）中頻段的繪制

過作斜率為－20dB/dec的直線

取取解：(1)低頻段的繪制I型系統(tǒng)低頻段斜率:－20dB/dec61與高頻段相交過作斜率為－40dB/dec直線（5）中高頻段的聯(lián)接系統(tǒng)固有特性的高頻段（3）繪制高頻段－60dB/dec中頻段與垂線的交點（4）低中頻段的聯(lián)接斜率等于－40dB/dec與低頻漸近線交點的頻率srad/1003=w與高頻段相交過作斜率為62（6）驗算性能特性指標(biāo)

校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)剪切頻率相角裕度中頻帶寬度（6）驗算性能特性指標(biāo)校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)剪切頻率相角裕度中63六、校正裝置的實現(xiàn)問題１、什么是實現(xiàn)問題傳遞函數(shù)實際電路或物理系統(tǒng)２、實現(xiàn)問題需要考慮的因素技術(shù)因素（實現(xiàn)的簡便性、可靠性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性、體積大小、功耗等）經(jīng)濟(jì)因素（實現(xiàn)成本、運行成本、維護(hù)成本）３、實現(xiàn)問題存在的困難微分校正裝置難以實現(xiàn)，且抗干擾能力差七、非線性因素和干擾問題六、校正裝置的實現(xiàn)問題１、什么是實現(xiàn)問題傳遞函數(shù)實際電路或物64第五節(jié)串聯(lián)校正的設(shè)計一、串聯(lián)相位超前校正c相頻超前

系統(tǒng)帶寬穩(wěn)定裕度設(shè)計串聯(lián)相位超前校正裝置的步驟：1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)的開環(huán)增益2、繪制在確定K值下的開環(huán)佰德圖，計算其相角裕度γ03、由要求的相角裕度γ，計算所需的超前相角4、計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)5、確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率未校正系統(tǒng)伯德圖曲線上增益為對應(yīng)頻率第五節(jié)串聯(lián)校正的設(shè)計一、串聯(lián)相位超前校正c系統(tǒng)656、確定校正裝置的交接頻率7、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求8、驗算其它性能指標(biāo)，不滿足要求重新設(shè)計串聯(lián)相位超前校正設(shè)計舉例設(shè)一具有單位反饋的控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為要求設(shè)計串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)具有靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv等于20s－1，相位裕度γ不小于50°。9、寫出校正裝置的傳遞函數(shù)10、提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)6、確定校正裝置的交接頻率7、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)66（1）根據(jù)誤差等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益K解：（2）畫出伯德圖，計算未校正系統(tǒng)GO（j)的相位裕量（3）由要求的相角裕度γ，計算所需的超前相角（4）計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)（1）根據(jù)誤差等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益K解：（267線性系統(tǒng)的校正課件68（5）確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率（6）確定超前網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)角頻率1、2（7）畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度（8）驗算其它性能指標(biāo)（5）確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率（6）確定超前網(wǎng)絡(luò)的（7）畫出69（9）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（10）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)μF（kΩ）（kΩ）（9）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（10）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)70增益裕量：+分貝相位裕量：50°增益交界頻率：6.3/s9/s閉環(huán)諧振頻率：6/s7/s諧振峰值:31.29G(j)Gs(j)Mr=1.29Mr=3jVU6674433滿足穩(wěn)態(tài)要求帶寬增加、響應(yīng)加快校正系統(tǒng)的性能分析1.系統(tǒng)穩(wěn)定2.穩(wěn)態(tài)誤差滿意3.瞬態(tài)響應(yīng)不滿意串聯(lián)超前校正適應(yīng)的系統(tǒng)不適應(yīng)的系統(tǒng)1.要求提供的相角裕度太大2.未校正系統(tǒng)相角在剪切頻率急劇減小增益裕量：+分貝G(j)Gs(j)Mr=1.29Mr=71二、串聯(lián)相位滯后校正串聯(lián)相位滯后裝置的作用1、提高系統(tǒng)低頻響應(yīng)的增益，減少穩(wěn)態(tài)誤差。2、使系統(tǒng)高頻響應(yīng)的增益衰減，提高系統(tǒng)的相角裕度，改善暫態(tài)性能。設(shè)計串聯(lián)相位滯后校正裝置的步驟：1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)的開環(huán)增益2、繪制在確定K值下的開環(huán)佰德圖，計算其相角裕度γ03、求出伯德圖上的相角裕度為γ2=γ+ε，對應(yīng)頻率4、計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)5、確定滯后校網(wǎng)絡(luò)的交接頻率二、串聯(lián)相位滯后校正串聯(lián)相位滯后裝置的作用1、提高系統(tǒng)低頻響726、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求7、驗算其它性能指標(biāo)，不滿足要求重新設(shè)計8、寫出校正裝置的傳遞函數(shù)9、提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)串聯(lián)相位超前校正設(shè)計舉例設(shè)一具有單位反饋的控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為要求設(shè)計串聯(lián)滯后校正裝置，使系統(tǒng)滿足下列性能指標(biāo)：6、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求7、驗算73解：（1）根據(jù)給定的穩(wěn)定誤差或誤差系數(shù),確定系統(tǒng)的開環(huán)增益（2）確定未校正系統(tǒng)的相角穩(wěn)定裕量2、c附近的Gs(j)

的相角減小很快滯后校正1、須增加的相位裕度量較大3、未提出頻寬要求分析：解：（1）根據(jù)給定的穩(wěn)定誤差或誤差系數(shù),確定系統(tǒng)的開環(huán)增益（74線性系統(tǒng)的校正課件75（3）選擇新的c（5）選擇校正網(wǎng)絡(luò)的交接頻率（4）計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)(6)畫出校正后伯德圖驗算相角裕度是否滿足要求（7）驗算其它性能指標(biāo)（3）選擇新的c（5）選擇校正網(wǎng)絡(luò)的交接頻率（4）計算校正76線性系統(tǒng)的校正課件77（8）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（9）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（kΩ）（kΩ）μF（8）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（9）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參78三、串聯(lián)相位滯后—超前校正超前校正頻帶增寬,動態(tài)品質(zhì)改善,穩(wěn)態(tài)性能改善小滯后校正帶寬降低、響應(yīng)減慢,穩(wěn)態(tài)特性改善超前部分：相位超前并在c點上增大了相位裕量滯后部分：在低頻段上增加增益滯后超前校正單位負(fù)反饋其開環(huán)傳遞函數(shù)試設(shè)計一校正裝置，使其滿足下列指標(biāo)：串聯(lián)相位滯后—超前校正設(shè)計舉例三、串聯(lián)相位滯后—超前校正超前校正頻帶增寬,動態(tài)品質(zhì)改善,79(1）根據(jù)給定的穩(wěn)態(tài)誤差或誤差系數(shù)，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益（2）確定未校正系統(tǒng)的相位裕量和增益裕量系統(tǒng)穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)性能不滿意瞬態(tài)性能不滿意滯后超前校正(1）根據(jù)給定的穩(wěn)態(tài)誤差或誤差系數(shù)，（2）確定未校正系統(tǒng)的相80線性系統(tǒng)的校正課件81線性系統(tǒng)的校正課件82（3）超前校正環(huán)節(jié)附加一放大倍數(shù)為的放大器

（3）超前校正環(huán)節(jié)附加一放大倍數(shù)為的放大器83（4）滯后校正環(huán)節(jié)超前校正附加放大器在處滯后校正引起的滯后足夠小校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)校正后開環(huán)傳遞函數(shù)（4）滯后校正環(huán)節(jié)超前校正附加放大器在處滯后校正引起的滯后84（5）確定校正裝置參數(shù)（6）校驗s－1s－1μFμFkΩkΩkΩkΩ（5）確定校正裝置參數(shù)（6）校驗s－1s－1μFμFkΩkΩ85第六節(jié)反饋校正的設(shè)計消除不希望的G2(s)的特性!!第六節(jié)反饋校正的設(shè)計消除不希望的86串聯(lián)校正比反饋校正簡單，但串聯(lián)校正對系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性有較高的要求。反饋校正對系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性要求較低，因為其減弱了元件特性變化對整個系統(tǒng)特性的影響。反饋校正常需由一些昂貴而龐大的部件所構(gòu)成，對某些系統(tǒng)可能難以應(yīng)用。反饋校正與串聯(lián)校正的比較！反饋校正可以起到與串聯(lián)校正同樣的作用，且具有較好的抗噪能力。串聯(lián)校正比反饋校正簡單，但串聯(lián)校正對系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性有較87反饋校正的綜合反饋校正的綜合88注意由于|G2(jω)Hc(jω)|>>1，故在受校正頻段Hc(ω)+L2(ω)＝Ls(ω)－Lds(ω)>0Ls(ω)－Lds(ω)越大，校正裝置精度越高。局部反饋回路必須穩(wěn)定。注意由于|G2(jω)Hc(jω)|>>1，故在受校正頻89實際設(shè)計時，也可先采用串聯(lián)校正方法得到滿意的已校開環(huán)傳遞函數(shù)，然后用等效的局部反饋校正來實現(xiàn)。（分析法）預(yù)先選擇參數(shù)待定的反饋校正裝置，根據(jù)性能要求通過分析法確定參數(shù)。實際設(shè)計時，也可先采用串聯(lián)校正方法得到滿意的已校開環(huán)傳遞函數(shù)90某高炮電氣－液壓跟蹤系統(tǒng)為一個二階無差系統(tǒng)，其原理方塊圖如圖所示。試設(shè)計一反饋校正裝置，并使系統(tǒng)滿足下列品質(zhì)指標(biāo)：（1）系統(tǒng)在最大跟蹤速度及最大跟蹤加速度時,系統(tǒng)的最大誤差；（2）在單位階躍信號作用下，系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)時間超調(diào)量；某高炮電氣－液壓跟蹤系統(tǒng)為一個二階無差系統(tǒng)，其原理方塊圖如圖91（當(dāng)時，dB轉(zhuǎn)角頻率依次為該系統(tǒng)為一個II型系統(tǒng)，屬于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的系統(tǒng)。（1）繪制系統(tǒng)固有對數(shù)頻率特性Ls()（當(dāng)時，dB該系統(tǒng)92（2）繪制希望特性Lds()中頻段：主要確定增益交界頻率和中頻段長度求得增益交界頻率c=7.4s-1;考慮到一定裕量，取c=7.8s-1（2）繪制希望特性Lds()中頻段：主要確定增益交界頻率和93希望特性的中頻段過=c=7.8s-1

作斜率為－20dB/dec直線，考慮到c

增加，故選2=2.4s-1

3=23.8s-1(==Ls()

的一個轉(zhuǎn)角頻率)中頻段實際寬度:希望特性的中頻段94繪制低頻段：過2=2.4s-1的垂線與中頻段的交點，作－40dB/dec與中頻段聯(lián)接希望特性的低頻段可滿足要求。繪制低頻段：95繪制高頻段：

處，－40dB/dec線處，－60dB/dec線以后就與重合了。

希望特性驗算，在交界頻率的相位裕量滿足給定的要求。繪制高頻段：96在中、低頻段(3)繪制L2()+20lg|Hc(j)|在中、低頻段(3)繪制L2()+20lg|Hc(j)97高頻段由－20dB/dec轉(zhuǎn)折至橫軸有故=380處不轉(zhuǎn)折，向高頻處延長

相當(dāng)于一個積分環(huán)節(jié)高頻段故=380處不轉(zhuǎn)折，向高頻處延長相當(dāng)于一個積分環(huán)節(jié)98小閉環(huán)的相位裕量小閉環(huán)的相位裕量99（4）得反饋校正裝置特性（4）得反饋校正裝置特性100第七節(jié)反饋和前饋復(fù)合控制基于誤差控制的缺點只有當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差或干擾產(chǎn)生影響時，系統(tǒng)才被控制以消除誤差的影響。若系統(tǒng)包含有很大時間常數(shù)的環(huán)節(jié)，或者系統(tǒng)響應(yīng)速度要求很高，調(diào)整速度就不能及時跟隨輸入信號或干擾信號的變化。從而當(dāng)輸入或干擾變化較快時，會使系統(tǒng)經(jīng)常處于具有較大誤差的狀態(tài)。為了減小或消除系統(tǒng)在特定輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，可提高系統(tǒng)開環(huán)增益或型次。這兩種方法均會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過適當(dāng)選擇系統(tǒng)帶寬可以抑制高頻擾動但對低頻擾動無能為力。特別是存在低頻強(qiáng)擾動時，一般的反饋控制校正方法很難滿足系統(tǒng)高性能的要求。解決辦法：引入誤差補(bǔ)償通路，與原來的反饋控制一起進(jìn)行復(fù)合控制。第七節(jié)反饋和前饋復(fù)合控制基于誤差控制的缺點為了減小或101復(fù)合控制：通過在系統(tǒng)中引入輸入或擾動作用的開環(huán)誤差補(bǔ)償通路（順饋或前饋通路），與原來的反饋控制回路一起實現(xiàn)系統(tǒng)的高精度控制。復(fù)合控制：通過在系統(tǒng)中引入輸入或擾動作用的開環(huán)誤差補(bǔ)償通路（102順饋或前饋控制在控制系統(tǒng)中可同時采用。從抑制擾動，減小誤差的角度看，復(fù)合控制可以減輕反饋控制的負(fù)擔(dān)。引入復(fù)合控制的系統(tǒng)，反饋回路的增益可以取得小一些，從而有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。順饋或前饋是開環(huán)控制方式。元器件應(yīng)具有較高的參數(shù)穩(wěn)定性。否則將削弱補(bǔ)償效果，并給系統(tǒng)輸出造成新的誤差。順饋或前饋控制在控制系統(tǒng)中可同時采用。103按輸入(順饋)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正系統(tǒng)的偏差傳遞函數(shù)為：若選擇：即誤差完全通過順饋通路得到補(bǔ)償，系統(tǒng)既沒有動態(tài)誤差也沒有穩(wěn)態(tài)誤差，在任何時刻都可以實現(xiàn)輸出立即復(fù)現(xiàn)輸入(不變性原理)，系統(tǒng)具有理想的時間響應(yīng)特性。按輸入(順饋)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正系統(tǒng)的偏差傳遞函數(shù)為：若選擇：104無順饋補(bǔ)償時順饋補(bǔ)償后：順饋補(bǔ)償不改變系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項式，即順饋補(bǔ)償不改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性順饋補(bǔ)償采用了開環(huán)控制方式補(bǔ)償輸入作用下的輸出誤差??！解決了一般反饋控制系統(tǒng)在提高控制精度與保證系統(tǒng)穩(wěn)定性之間存在的矛盾。無順饋補(bǔ)償時順饋補(bǔ)償后：順饋補(bǔ)償不改變系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項式，105按擾動(前饋)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正若擾動信號可量測，則可采用前饋補(bǔ)償。擾動作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)為擾動作用下的誤差為按擾動(前饋)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正若擾動信號可量測，則可采用前饋補(bǔ)106擾動前饋也不改變系統(tǒng)閉環(huán)特征方程，即對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響。主要擾動引起的誤差，由前饋通道進(jìn)行全部或部分補(bǔ)償。次要擾動引起的誤差由反饋控制予以抑制。擾動前饋也不改變系統(tǒng)閉環(huán)特征方程，即對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響。107第八節(jié)MATLAB在線性系統(tǒng)校正中的應(yīng)用用MATLAB分析PID校正系統(tǒng)PID控制器的傳遞函數(shù)例:單位反饋系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)為PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)比較校正前后系統(tǒng)的頻率特性和單位階躍響應(yīng)第八節(jié)MATLAB在線性系統(tǒng)校正中的應(yīng)用用MATL1081、繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖num=35den1=[0.000010.00310.21510][mag1,phase1,w]=bode(num1,den1)margin(mag3,phase3,w)2、分析校正后的頻率特性1、繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖num=352、分析校正后的頻率特109num3=[7105350]den3=[0.000010.00310.215100][mag3,phase3,w]=bode(num3,den3)margin(mag3,phase3,w)3、求校正前后的單位階躍響應(yīng)t=[0:0.02:5][numc1,denc1]=cloop(num1,den1)y1=step(numc1,denc1,t)[numc3,denc3]=cloop(num3,den3)y3=step(numc3,denc3,t)plot(t,[y1,y3]);gridnum3=[7105350]3、求校正前后的單位階躍110線性系統(tǒng)的校正課件111線性系統(tǒng)的校正課件112線性系統(tǒng)的校正課件113小結(jié)１、基本控制規(guī)律：比例（Ｐ）、微分（Ｉ）、積分（Ｄ）２、設(shè)計校正裝置的本質(zhì)

系統(tǒng)極點的配置系統(tǒng)濾波特性的匹配３、實現(xiàn)極點配置或濾波特性的匹配的手段

引入能提供基本控制規(guī)律的校正裝置４、校正裝置的分類

串聯(lián)、并聯(lián)有源和無源超前和滯后５、串聯(lián)校正和反饋校正的特點６、頻率設(shè)計方法７、ＭＡＴＬＡＢ在ＰＩＤ控制器設(shè)計中的應(yīng)用小結(jié)１、基本控制規(guī)律：比例（Ｐ）、微分（Ｉ）、114第六章線性系統(tǒng)的校正第一節(jié)線性系統(tǒng)校正的概念第二節(jié)線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律第三節(jié)常用校正裝置及特點第四節(jié)校正裝置設(shè)計的方法和依據(jù)第五節(jié)串聯(lián)校正的設(shè)計第六節(jié)反饋校正的設(shè)計第七節(jié)反饋和前饋復(fù)合控制第八節(jié)MATLAB在線性系統(tǒng)校正中的應(yīng)用第六章線性系統(tǒng)的校正第一節(jié)線性115第一節(jié)線性系統(tǒng)校正的概念控制系統(tǒng)不可變部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器檢測裝置可變部分放大器、校正裝置迫使系統(tǒng)滿足給定的性能(設(shè)計系統(tǒng))一、控制系統(tǒng)的組成第一節(jié)線性系統(tǒng)校正的概念控制系統(tǒng)不可變部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)116

根據(jù)被控對象及其控制要求，選擇適當(dāng)?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)律設(shè)計一個滿足給定性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)。校正(補(bǔ)償)：通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)中增加附加裝置或元件對已有的系統(tǒng)（固有部分）進(jìn)行再設(shè)計使之滿足性能要求?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計本質(zhì)上是尋找合適的校正裝置(校正裝置)二、控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)根據(jù)被控對象及其控制要求，選擇適當(dāng)?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)117三、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)精度穩(wěn)態(tài)誤差ess過渡過程響應(yīng)特性時域：上升時間tr、超調(diào)量Mp、調(diào)節(jié)時間ts頻域：諧振峰值Mr、增益交界頻率ωc、諧振頻率ωr、帶寬ωb相對穩(wěn)定性 增益裕量Kg、相位裕量(c)擾動的抑制 帶寬ωb三、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)精度過渡過程響應(yīng)特性時域：上升時間118四、校正方式串聯(lián)校正并聯(lián)校正（反饋校正）復(fù)合（前饋、順饋）校正四、校正方式串聯(lián)校正并聯(lián)校正（反饋校正）復(fù)合（前饋、順饋）校119校正方式選擇需要考慮的因素系統(tǒng)中信號的性質(zhì)；技術(shù)方便程度；可供選擇的元件；其它性能要求（抗干擾性、環(huán)境適應(yīng)性等）；經(jīng)濟(jì)性…串聯(lián)校正的特點設(shè)計較簡單，容易對信號進(jìn)行各種必要的變換，但需注意負(fù)載效應(yīng)的影響。反饋校正的特點可消除系統(tǒng)原有部分參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，元件數(shù)也往往較少。同時采用串、并聯(lián)校正

性能指標(biāo)要求較高的系統(tǒng)。校正方式選擇需要考慮的因素串聯(lián)校正的特點120第二節(jié)線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律PID(ProportionalIntegralDerivative)控制：對偏差信號e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運算變換后形成的一種控制規(guī)律。比例控制（P）Proportional微分控制（D）積分控制（I）IntegralDerivative線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律

P、PI、PD或PID控制適用于數(shù)學(xué)模型已知及大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的控制系統(tǒng)或過程。

PID控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活第二節(jié)線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律PID(Proport121一、比例控制（P）比例控制器實質(zhì)是一種增益可調(diào)的放大器一、比例控制（P）比例控制器實質(zhì)是一種增益可調(diào)的放大器122對系統(tǒng)性能的影響正好相反。Kp>1開環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減??；幅值穿越頻率增大，過渡過程時間縮短；系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差。原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時才采用比例控制。Kp<1對系統(tǒng)性能的影響正好相反。Kp>1開環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減小123

微分控制具有預(yù)測特性。

Td

就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的時間間隔。微分控制不可能預(yù)測任何尚未發(fā)生的作用。二、比例微分（PD）控制微分控制具有預(yù)測特性。微分控制不可能預(yù)測任何尚未124轉(zhuǎn)折頻率1=Kp/Td預(yù)先作用抑制階躍響應(yīng)的超調(diào)縮短調(diào)節(jié)時間抗高頻干擾能力轉(zhuǎn)折頻率1=Kp/Td預(yù)先作用抑制階躍響應(yīng)的超調(diào)125相位裕量增加，穩(wěn)定性提高；c增大，快速性提高Kp＝1時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能沒有變化。高頻段增益上升，可能導(dǎo)致執(zhí)行元件輸出飽和，并且降低了系統(tǒng)抗干擾的能力；微分控制僅僅在系統(tǒng)的瞬態(tài)過程中起作用，一般不單獨使用。

PD控制通過引入微分作用改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能相位裕量增加，穩(wěn)定c增大，快速性提高Kp＝1時，系統(tǒng)的穩(wěn)高126三、比例積分（PI）控制調(diào)節(jié)Ti

影響積分控制作用；調(diào)節(jié)Kp既影響控制作用的比例部分，又影響積分部分。由于存在積分控制，PI控制器具有記憶功能。三、比例積分（PI）控制調(diào)節(jié)Ti影響積分控制作用；由于存在127轉(zhuǎn)折頻率1=1/（KpTi）一個積分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度一個開環(huán)零點彌補(bǔ)積分環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響轉(zhuǎn)折頻率1=1/（KpTi）一個積分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)128Kp＝1系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善。相位裕量減小，穩(wěn)定程度變差。Kp＝1系統(tǒng)型次提相位裕量減129Kp<1系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善；系統(tǒng)從不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定；c減小，快速性變差。Kp<1系統(tǒng)型次提高，系統(tǒng)從不穩(wěn)定變c減小，快速性130通過引入積分控制作用以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。通過比例控制作用來調(diào)節(jié)積分作用所導(dǎo)致相角滯后對系統(tǒng)的穩(wěn)定性所帶來的不利影響。由于，導(dǎo)致引入PI控制器后，系統(tǒng)的相位滯后增加，因此，若要通過PI控制器改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須有Kp<1，以降低系統(tǒng)的幅值穿越頻率。通過引入積分控制作用以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。由于131四、PID控制

一個零極點提高穩(wěn)態(tài)精度兩個負(fù)實部零點提高動態(tài)性能四、PID控制一個零極點提高穩(wěn)態(tài)精度132Kp＝1Kp＝1133在低頻段，PID控制器通過積分控制作用,改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；在中頻段，PID控制器通過微分控制作用,有效地提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。近似有：通常PID控制器中i<d（即Ti>Td）在低頻段，PID控制器通過積分控制作用,改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能134第三節(jié)常用校正裝置及特點校正裝置無源校正裝置有源校正裝置無相移校正裝置相位超前校正裝置相位滯后校正裝置相位滯后—超前校正裝置無相移校正裝置相位超前校正裝置相位滯后校正裝置相位滯后—超前校正裝置第三節(jié)常用校正裝置及特點校正裝置無源校正裝置有源校135一、無源校正裝置與有源校正裝置的特點無源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容元件

優(yōu)點：校正元件的特性比較穩(wěn)定。缺點：由于輸出阻抗較高而輸入阻抗較低，需要另加放大器并進(jìn)行隔離;

沒有放大增益，只有衰減。有源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容電路+線性集成運算放大器優(yōu)點：帶有放大器，增益可調(diào)，使用方便靈活。缺點：特性容易漂移。一、無源校正裝置與有源校正裝置的特點無源校正網(wǎng)絡(luò)：阻容元件有136二、無相移校正裝置（比例控制）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式無源網(wǎng)絡(luò)放大器3、Bode圖二、無相移校正裝置（比例控制）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式無源網(wǎng)137三、相位超前校正裝置（PD校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式三、相位超前校正裝置（PD校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式138采用阻容網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PD校正裝置時α的取值1）受超前校正裝置物理結(jié)構(gòu)的限制；2）α

太大，通過校正裝置的信號幅值衰減太嚴(yán)重。近似地實現(xiàn)PD控制實用微分校正電路一般取α≤20幾點說明：采用阻容網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PD校正裝置時α的取值近似地實現(xiàn)PD控制實用139整個系統(tǒng)的開環(huán)增益下降α

倍。為滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求，必須提高放大器的增益予以補(bǔ)償。近似PD校正裝置在整個頻率范圍內(nèi)都產(chǎn)生相位超前。相位超前校正。串聯(lián)校正時轉(zhuǎn)角頻率1/T，/T的幾何中點

3、Bode圖整個系統(tǒng)的開環(huán)增益下降α倍。為滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求140α

m

α=20時，m65°高通濾波特性，α

值過大對抑制系統(tǒng)高頻噪聲不利。相位超前系統(tǒng)帶寬

動態(tài)性能噪聲為保持較高的系統(tǒng)信噪比，通常選擇α＝10(此時m=55°)。最大超前角αm高通濾波特性，α值過大對抑制系統(tǒng)高頻141使中頻段斜率減小在1/T和/T間引入相位超前使中頻段斜率減小在1/T和/T間引入相位超前142三、相位滯后校正裝置（PI校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式三、相位滯后校正裝置（PI校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式1433、Bode圖在整個頻率范圍內(nèi)相位都滯后，相位滯后校正。轉(zhuǎn)角頻率1/T，1/T的幾何中點。開環(huán)對數(shù)頻率特性的中高頻部分增益交界頻率穩(wěn)定裕量串聯(lián)校正時開環(huán)對數(shù)頻率特性的低頻部分穩(wěn)態(tài)精度3、Bode圖在整個頻率范圍內(nèi)相位都滯后，相位滯后校正。144α越大，相位滯后越嚴(yán)重。應(yīng)盡量使產(chǎn)生最大滯后相角的頻率ωm遠(yuǎn)離校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻率ωc，否則會對系統(tǒng)的動態(tài)性能產(chǎn)生不利影響。常取α越大，相位滯后越嚴(yán)重。145對于穩(wěn)定的系統(tǒng)提高穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度，1/T和1/T向左遠(yuǎn)離c，使c附近的相位不受滯后環(huán)節(jié)的影響。對于不穩(wěn)定的系統(tǒng)增益降低使得c減小。滯后校正裝置實質(zhì)上是一個低通濾波器，它對低頻信號基本上無衰減作用,但能削弱高頻噪聲，α越大，抑制噪聲能力越強(qiáng)。通常選α

=10左右。對于穩(wěn)定的系統(tǒng)對于不穩(wěn)定的系統(tǒng)滯后校正裝置實質(zhì)上是一個低通146四、相位滯后—超前校正裝置（PID校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)形式滯后-超前校正四、相位滯后—超前校正裝置（PID校正）1、傳遞函數(shù)2、實現(xiàn)147PID校正滯后-超前校正PID校正滯后-超前校正148前半段是相位滯后部分,由于具有使增益衰減的作用，所以允許在低頻段提高增益，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。后半段是相位超前部分,可以提高系統(tǒng)的相位裕量,加大幅值穿越頻率，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。3、Bode圖前半段是相位滯后部分,由于具有使增益衰減的作用，所以允許在低149第四節(jié)校正裝置設(shè)計的方法和依據(jù)一、設(shè)計方法控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)涵：根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求確定控制器的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)，并實現(xiàn)之。1、根軌跡設(shè)計方法系統(tǒng)性能指標(biāo)閉環(huán)主導(dǎo)極點位置系統(tǒng)參數(shù)根軌跡加入校正裝置主要問題：

1、設(shè)計何種控制規(guī)律2、過程復(fù)雜第四節(jié)校正裝置設(shè)計的方法和依據(jù)一、設(shè)計方法控制系統(tǒng)1502、頻率特性設(shè)計方法系統(tǒng)性能指標(biāo)期望的頻率特性系統(tǒng)固有部分頻率特性加入校正裝置系統(tǒng)固有部分傳遞函數(shù)優(yōu)點：1、開環(huán)頻率特性圖容易繪制簡便2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與系統(tǒng)性能關(guān)系清晰直觀2、頻率特性設(shè)計方法系統(tǒng)性能指標(biāo)期望的頻率特性系統(tǒng)固有部分頻151二、設(shè)計依據(jù)和一般步驟（1）繪制固有部分的開環(huán)伯德圖（2）列出控制系統(tǒng)需要滿足的性能指標(biāo)（3）校正后的開環(huán)伯德圖（期望開環(huán)頻率特性）（4）求出校正裝置的伯德圖（5）求出校正裝置的傳遞函數(shù)（6）確定校正裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)二、設(shè)計依據(jù)和一般步驟（1）繪制固有部分的開環(huán)伯德圖（2）列152三、頻域性能指標(biāo)的確定1、控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)(1)以系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo)

上升時間tr、超調(diào)量Mp、調(diào)節(jié)時間ts(2)以系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo)

諧振峰值Mr、諧振頻率ωr、帶寬ωb(3)以系統(tǒng)開環(huán)頻率特性為基礎(chǔ)而提出的性能指標(biāo)系統(tǒng)開環(huán)伯德圖的剪切頻率ωc系統(tǒng)的增益裕度Gm、相角裕度(c)三組性能指標(biāo)不是各自獨立,可以混合使用,但不能互相矛盾!三、頻域性能指標(biāo)的確定1、控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)(1)以系統(tǒng)1532、控制系統(tǒng)的帶寬頻率的確定重要性：對系統(tǒng)性能有重要影響，受很多因素影響（1）信號復(fù)現(xiàn)能力和噪聲干擾確定方法：有用信號帶寬干擾信號帶寬需注意問題：ωs和ωn靠得比較近難以確定（2）機(jī)械諧振頻率的限制考慮的主要問題：盡可能無失真地復(fù)現(xiàn)有用信號，減少干擾?？紤]的主要問題：避免激起機(jī)械振蕩，甚至共振。確定方法：需注意問題：ωb和ωm靠得比較近會降低相對穩(wěn)定性開環(huán)伯德圖的剪切頻率ωc和ωm距離盡可能遠(yuǎn)些2、控制系統(tǒng)的帶寬頻率的確定重要性：對系統(tǒng)性能有重要影響，受154（3）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型將系統(tǒng)固有部分的數(shù)學(xué)模型在一定條件下予以簡化，用較為簡單的低階數(shù)學(xué)模型去近似和代替原系統(tǒng)模型。要求：選定的ωC應(yīng)在近似的數(shù)學(xué)模型的適用帶寬內(nèi)。幾種常見的近似和適用條件（3）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型將系統(tǒng)固有部分的數(shù)學(xué)模型在一定條件下予以155四、頻率特性設(shè)計方法頻率特性圖可以清楚表明系統(tǒng)改變性能指標(biāo)的方向。頻域設(shè)計通常通過Bode圖進(jìn)行處理起來十分簡單。

（當(dāng)采用串聯(lián)校正時，使得校正后系統(tǒng)的Bode圖即為原有系統(tǒng)Bode圖和校正裝置的Bode圖直接相加）對于某些數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)起來比較困難的元件，如液壓和氣動元件，通?？梢酝ㄟ^頻率響應(yīng)實驗來獲得其Bode圖。在涉及到高頻噪聲時，頻域法設(shè)計比其他方法更為方便。四、頻率特性設(shè)計方法頻率特性圖可以清楚表明系統(tǒng)改變性能指標(biāo)的156低頻段(第一個轉(zhuǎn)折頻率ω1之前的頻段)穩(wěn)態(tài)性能中頻段

(ω1~10ωc) 動態(tài)性能高頻段

(10ωc

以后的頻段) 抗干擾三頻段低頻段(第一個轉(zhuǎn)折頻率ω1之前的頻段)穩(wěn)態(tài)性能三頻段157低頻段穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)0型系統(tǒng)Kp＝K；Kv＝Ka＝0I型系統(tǒng)Kp＝∞；Kv＝ω1；Ka＝0II型系統(tǒng)Kp＝∞；Kv＝∞；Ka=ω22

低頻段穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)0型系統(tǒng)Kp＝K；Kv＝Ka＝0I型158中頻段反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性中頻段最小相位系統(tǒng)的相位裕量中頻段的斜率高頻段的斜率中頻段的帶寬低頻段斜率中頻段反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性中頻段最小相位系統(tǒng)的相位裕量中159–60dB/dec肯定不穩(wěn)定；–40dB/dec可能穩(wěn)定，但穩(wěn)定裕量較??；–20dB/dec一般穩(wěn)定，且穩(wěn)定裕量大。

例外：頻帶太窄時，ωc

ωg，也不穩(wěn)定。中頻段斜率變化對γ的影響–60dB/dec肯定不穩(wěn)定；例外：頻帶太窄時，ω160γ=180°γ=0°γ=90°低、中、高頻段斜率相同γ=180°γ=0°γ=90°低、中、高頻段斜率相同161低頻段斜率變化對γ的影響１、低頻段0dB/dec中頻段–20dB/dec低頻段斜率變化對γ的影響１、低頻段0dB/dec162γ=90°２、低頻段-20dB/dec中頻段–20dB/decγ=90°２、低頻段-20dB/dec中頻段–2163低頻段有更大的斜率將導(dǎo)致相位裕量減?。ㄔ瓉頌?0°）。 影響的大小與ωc/ω1有關(guān)，ω1離ωc越遠(yuǎn)，影響越小。３、低頻段-40dB/dec中頻段–20dB/dec低頻段有更大的斜率將導(dǎo)致相位裕量減?。ㄔ瓉頌?0°）。３、低164結(jié)論：低頻段斜率越大對相位裕量影響越大。４、低頻段-60dB/dec中頻段–20dB/dec結(jié)論：低頻段斜率越大對相位裕量影響越大。４、低頻段-60dB165γ=90°高頻段斜率變化對γ的影響１、中頻段-20dB/dec高頻段–20dB/decγ=90°高頻段斜率變化對γ的影響１、中頻段-20dB/166高頻段有更大的斜率同樣導(dǎo)致相位裕量減小。ω2離ωc越遠(yuǎn)，影響越小。２、中頻段-20dB/dec高頻段–40dB/dec高頻段有更大的斜率同樣導(dǎo)致相位裕量減小。ω2離ωc越遠(yuǎn)，影167結(jié)論：高頻段斜率越大對相位裕量影響也越大。３、中頻段-20dB/dec高頻段–60dB/dec結(jié)論：高頻段斜率越大對相位裕量影響也越大。３、中頻段-20d168中頻帶寬度對γ的影響中頻帶寬度對γ的影響169ω1、ω2離ωc越遠(yuǎn)，即h=ω2/ω1越大，相位裕量γ越大。相位裕量最大時ω1、ω2離ωc越遠(yuǎn)，即h=ω2/ω1越大，相位裕量γ越170一個設(shè)計合理的系統(tǒng)的三頻段中頻段的斜率以－20dB為宜；低頻段和高頻段可以有更大的斜率

低頻段斜率大，提高穩(wěn)態(tài)性能； 高頻段斜率大，排除干擾。但中頻段必須有足夠的帶寬，以保證系的相位裕量，帶寬越大，相位裕量越大。

ωc的大小取決于系統(tǒng)的快速性要求。ωc大快速性好，但抗擾能力下降。一個設(shè)計合理的系統(tǒng)的三頻段中頻段的斜率以－20dB為宜；低頻171五、期望的系統(tǒng)開環(huán)頻率特性（期望特性）根據(jù)設(shè)計指標(biāo)而確定的滿足系統(tǒng)品質(zhì)要求的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線。期望特性：Lds(ω)1、確定低頻段低頻段：L()20lgK1放大環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)無差度Ａ五、期望的系統(tǒng)開環(huán)頻率特性（期望特性）根據(jù)設(shè)計指1722、中頻段（1）按給定的時域頻性能指標(biāo)交界頻率ωc（2）過ωc點作-20dB/dec的直線（3）確定中頻漸近線的長度，或起點ω2和終點ω3ω2和ω3分別成為ωc前后的轉(zhuǎn)折頻率I型或II型系統(tǒng)2、中頻段（1）按給定的時域頻性能指標(biāo)交界頻率ωcω2和ω173３、高頻段系統(tǒng)固有特性Ls(ω)的高頻部分

相同斜率、便于實現(xiàn)?。。?、期望頻率特性畫法舉例

設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為要求的性能指標(biāo)為３、高頻段系統(tǒng)固有特性Ls(ω)的高頻部分相同斜率、便于實174解：(1)低頻段的繪制I型系統(tǒng)低頻段斜率:－20dB/decA點:(=1,20lgK=20lg200=46dB)（2）中頻段的繪制

過作斜率為－20dB/dec的直線

取取解：(1)低頻段的繪制I型系統(tǒng)低頻段斜率:－20dB/dec175與高頻段相交過作斜率為－40dB/dec直線（5）中高頻段的聯(lián)接系統(tǒng)固有特性的高頻段（3）繪制高頻段－60dB/dec中頻段與垂線的交點（4）低中頻段的聯(lián)接斜率等于－40dB/dec與低頻漸近線交點的頻率srad/1003=w與高頻段相交過作斜率為176（6）驗算性能特性指標(biāo)

校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)剪切頻率相角裕度中頻帶寬度（6）驗算性能特性指標(biāo)校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)剪切頻率相角裕度中177六、校正裝置的實現(xiàn)問題１、什么是實現(xiàn)問題傳遞函數(shù)實際電路或物理系統(tǒng)２、實現(xiàn)問題需要考慮的因素技術(shù)因素（實現(xiàn)的簡便性、可靠性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性、體積大小、功耗等）經(jīng)濟(jì)因素（實現(xiàn)成本、運行成本、維護(hù)成本）３、實現(xiàn)問題存在的困難微分校正裝置難以實現(xiàn)，且抗干擾能力差七、非線性因素和干擾問題六、校正裝置的實現(xiàn)問題１、什么是實現(xiàn)問題傳遞函數(shù)實際電路或物178第五節(jié)串聯(lián)校正的設(shè)計一、串聯(lián)相位超前校正c相頻超前

系統(tǒng)帶寬穩(wěn)定裕度設(shè)計串聯(lián)相位超前校正裝置的步驟：1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)的開環(huán)增益2、繪制在確定K值下的開環(huán)佰德圖，計算其相角裕度γ03、由要求的相角裕度γ，計算所需的超前相角4、計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)5、確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率未校正系統(tǒng)伯德圖曲線上增益為對應(yīng)頻率第五節(jié)串聯(lián)校正的設(shè)計一、串聯(lián)相位超前校正c系統(tǒng)1796、確定校正裝置的交接頻率7、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求8、驗算其它性能指標(biāo)，不滿足要求重新設(shè)計串聯(lián)相位超前校正設(shè)計舉例設(shè)一具有單位反饋的控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為要求設(shè)計串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)具有靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv等于20s－1，相位裕度γ不小于50°。9、寫出校正裝置的傳遞函數(shù)10、提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)6、確定校正裝置的交接頻率7、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)180（1）根據(jù)誤差等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益K解：（2）畫出伯德圖，計算未校正系統(tǒng)GO（j)的相位裕量（3）由要求的相角裕度γ，計算所需的超前相角（4）計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)（1）根據(jù)誤差等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益K解：（2181線性系統(tǒng)的校正課件182（5）確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率（6）確定超前網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)角頻率1、2（7）畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度（8）驗算其它性能指標(biāo)（5）確定校正后系統(tǒng)的剪切頻率（6）確定超前網(wǎng)絡(luò)的（7）畫出183（9）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（10）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)μF（kΩ）（kΩ）（9）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（10）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)184增益裕量：+分貝相位裕量：50°增益交界頻率：6.3/s9/s閉環(huán)諧振頻率：6/s7/s諧振峰值:31.29G(j)Gs(j)Mr=1.29Mr=3jVU6674433滿足穩(wěn)態(tài)要求帶寬增加、響應(yīng)加快校正系統(tǒng)的性能分析1.系統(tǒng)穩(wěn)定2.穩(wěn)態(tài)誤差滿意3.瞬態(tài)響應(yīng)不滿意串聯(lián)超前校正適應(yīng)的系統(tǒng)不適應(yīng)的系統(tǒng)1.要求提供的相角裕度太大2.未校正系統(tǒng)相角在剪切頻率急劇減小增益裕量：+分貝G(j)Gs(j)Mr=1.29Mr=185二、串聯(lián)相位滯后校正串聯(lián)相位滯后裝置的作用1、提高系統(tǒng)低頻響應(yīng)的增益，減少穩(wěn)態(tài)誤差。2、使系統(tǒng)高頻響應(yīng)的增益衰減，提高系統(tǒng)的相角裕度，改善暫態(tài)性能。設(shè)計串聯(lián)相位滯后校正裝置的步驟：1、根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)的開環(huán)增益2、繪制在確定K值下的開環(huán)佰德圖，計算其相角裕度γ03、求出伯德圖上的相角裕度為γ2=γ+ε，對應(yīng)頻率4、計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)5、確定滯后校網(wǎng)絡(luò)的交接頻率二、串聯(lián)相位滯后校正串聯(lián)相位滯后裝置的作用1、提高系統(tǒng)低頻響1866、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求7、驗算其它性能指標(biāo)，不滿足要求重新設(shè)計8、寫出校正裝置的傳遞函數(shù)9、提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)串聯(lián)相位超前校正設(shè)計舉例設(shè)一具有單位反饋的控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為要求設(shè)計串聯(lián)滯后校正裝置，使系統(tǒng)滿足下列性能指標(biāo)：6、畫出校正后的伯德圖，驗算相角穩(wěn)定裕度是否達(dá)到要求7、驗算187解：（1）根據(jù)給定的穩(wěn)定誤差或誤差系數(shù),確定系統(tǒng)的開環(huán)增益（2）確定未校正系統(tǒng)的相角穩(wěn)定裕量2、c附近的Gs(j)

的相角減小很快滯后校正1、須增加的相位裕度量較大3、未提出頻寬要求分析：解：（1）根據(jù)給定的穩(wěn)定誤差或誤差系數(shù),確定系統(tǒng)的開環(huán)增益（188線性系統(tǒng)的校正課件189（3）選擇新的c（5）選擇校正網(wǎng)絡(luò)的交接頻率（4）計算校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)(6)畫出校正后伯德圖驗算相角裕度是否滿足要求（7）驗算其它性能指標(biāo)（3）選擇新的c（5）選擇校正網(wǎng)絡(luò)的交接頻率（4）計算校正190線性系統(tǒng)的校正課件191（8）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（9）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（kΩ）（kΩ）μF（8）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)（9）提出實現(xiàn)形式，并確定網(wǎng)絡(luò)參192三、串聯(lián)相位滯后—超前校正超前校正頻帶增寬,動態(tài)品質(zhì)改善,穩(wěn)態(tài)性能改善小滯后校正帶寬降低、響應(yīng)減慢,穩(wěn)態(tài)特性改善超前部分：相位超前并在c點上增大了相位裕量滯后部分：在低頻段上增加增益滯后超前校正單位負(fù)反饋其開環(huán)傳遞函數(shù)試設(shè)計一校正裝置，使其滿足下列指標(biāo)：串聯(lián)相位滯后—超前校正設(shè)計舉例三、串聯(lián)相位滯后—超前校正超前校正頻帶增寬,動態(tài)品質(zhì)改善,193(1）根據(jù)給定的穩(wěn)態(tài)誤差或誤差系數(shù)，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益（2）確定未校正系統(tǒng)的相位裕量和增益裕量系統(tǒng)穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)性能不滿意瞬態(tài)性能不滿意滯后超前校正(1）根據(jù)給定的穩(wěn)態(tài)誤差或誤差系數(shù)，（2）確定未校正系統(tǒng)的相194線性系統(tǒng)的校正課件195線性系統(tǒng)的校正課件196（3）超前校正環(huán)節(jié)附加一放大倍數(shù)為的放大器

（3）超前校正環(huán)節(jié)附加一放大倍數(shù)為的放大器197（4）滯后校正環(huán)節(jié)超前校正附加放大器在處滯后校正引起的滯后足夠小校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)校正后開環(huán)傳遞函數(shù)（4）滯后校正環(huán)節(jié)超前校正附加放大器在處滯后校正引起的滯后198（5）確定校正裝置參數(shù)（6）校驗s－1s－1μFμFkΩkΩkΩkΩ（5）確定校正裝置參數(shù)（6）校驗s－1s－1μFμFkΩkΩ199第六節(jié)反饋校正的設(shè)計消除不希望的G2(s)的特性!!第六節(jié)反饋校正的設(shè)計消除不希望的200串聯(lián)校正比反饋校正簡單，但串聯(lián)校正對系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性有較高的要求。反饋校正對系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性要求較低，因為其減弱了元件特性變化對整個系統(tǒng)特性的影響。反饋校正常需由一些昂貴而龐大的部件所構(gòu)成，對某些系統(tǒng)可能難以應(yīng)用。反饋校正與串聯(lián)校正的比較！反饋校正可以起到與串聯(lián)校正同樣的作用，且具有較好的抗噪能力。串聯(lián)校正比反饋校正簡單，但串聯(lián)校正對系統(tǒng)元件特性的穩(wěn)定性有較201反饋校正的綜合反饋校正的綜合202注意由于|G2(jω)Hc(jω)|>>1，故在受校正頻段Hc(ω)+L2(ω)＝Ls(ω)－Lds(ω)>0Ls(ω)－Lds(ω)越大，校正裝置精度越高。局部反饋回路必須穩(wěn)定。注意由于|G2(jω)Hc(jω)|>>1，故在受校正頻203實際設(shè)計時，也可先采用串聯(lián)校正方法得到滿意的已校開環(huán)傳遞函數(shù)，然后用等效的局部反饋校正來實現(xiàn)。（分析法）預(yù)先選