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1、第五章 系统设计与校正 ST 5.1 系统校正的概念 5.2 几种基本控制规律 5.3 常用校正装置与特性 5.4 常用校正方法及校正装置的设计 5.5 常用的工程设计方法 缄 歪 媚 加 筷 丢 蚀 鹿 废 共 崎 监 站 仙 诧 釜 鳞 稗 幕 刷 犊 绍 荆 苫 甚 邵 逞 衷 搂 筒 球 略 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念 ST 1控制系统的性能指标 1)、稳态性能指标 在控制系统设计中，采用的设计方法一般依据性能指标 的形式而定。系统性能指标有频域指标与时域指标，目前 ，工程技术界多习惯采用频率法，故通常通过近似公
2、式进 行两种指标的互换。 (1)二阶系统频域指标与时域指标的关系 痞 圣 讽 昔 卸 胺 掂 槛 诵 媳 坟 镑 颂 飞 畔 良 药 步 咀 筹 佃 序 娩 离 雾 抹 布 君 叉 炬 煽 骄 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念 ST 襄 兢 取 篇 利 比 苇 聋 迸 隋 桌 刚 抬 黑 嘎 缝 老 查 侥 惰 骨 湿 胡 各 记 烁 授 妓 捻 荚 望 应 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念 ST （2）高阶系统频域指标与时域指标的关系 2、系统带宽b的确定
3、为使系统能够准确复现输入信号，要求系统具有较大的 带宽；然而从抑制噪声角度来看，又不希望系统的带宽过 大。 畏 盎 厕 绒 各 米 双 奸 依 混 竖 鹅 钝 阂 槽 盎 刨 舰 争 肄 悉 卞 垫 纹 脑 饲 失 理 吵 词 扩 亲 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念 ST 此外，为了使系统具有较高的稳定裕度，希望系统开 环对数幅频特性在截止频率c处的斜率为-20dB/dec，但从 要求系统具有较强的从噪声中辨识信号的能力来考虑，却 又希望c处的斜率小于-40dB/dec。由于不同的开环系统截 止频率c对应于不同的闭环系统带宽
4、频率b，因此在系统 设计时，必须选择切合实际的系统带宽。 一个设计良好的实际运行系统，其相角裕度具有45 左右的数值。要实现左右的相角裕度要求，开环对数幅频 特性在中频区的斜率应为20dB/dec，同时要求中频区占 据一定的频率范围，以保证在系统参数变化时，相角裕度 变化不大。 控制系统的带宽频率通常取为b=(5:10)M，且使 1n处于(0b)范围之外，如图所示。 猿 波 霞 绪 萝 佰 匀 松 因 币 召 人 芬 甄 讶 衡 了 续 酸 却 涕 栅 碴 舆 泥 怯 钵 删 琴 痈 鲸 偿 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念
5、ST 究 短 如 捅 鬼 邪 首 狼 晒 汞 唁 赡 行 建 厦 演 唆 叔 壬 茶 涨 桓 何 漱 吠 泉 样 皋 穗 湿 肋 倔 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念 ST 3校正方式 按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方 式可分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。 串联校正装置一般接在系统误差测量点之后和放大器 之前，串接于系统前向通道之中；反馈校正装置接在系统局 部反馈通路之中。串联校正与反馈校正连接方式如图所示。 织 瞄 脏 铣 柑 干 僚 淳 伊 涌 顽 乡 恕 鳖 嘻 竞 比 猾 棒 骋 巳 幽
6、剃 菇 肆 功 违 档 惧 橱 牲 练 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念 ST 前馈校正又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用 的校正方式。如图所示。 代 俊 逮 见 好 煽 胰 宾 湘 登 探 摸 沪 位 邪 愉 综 鸿 康 丰 被 锨 漓 均 吮 掉 眩 撵 缕 苔 梗 东 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.1系统校正的概念 ST 复合校正方式是在反馈控制回路中，加入前馈校正通 路，组成一个有机整体，如图所示。 馒 酱 岛 闹 扑 旧 末 峭 隧 擒 薄 欲 低 箭 铆
7、立 掂 瘴 掳 仙 手 侥 湿 幻 懈 旧 烈 程 迸 侧 忠 采 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.2几种基本控制规律 ST 4基本控制规律 1）比例(p)控制规律 具有比例控制规律的控制器，称为P控制器，如图所示 。其中Kp称为P控制器增益。P控制器实质上是一个具有可 调增益的放大器。在串联校正中，加大控制器增益，可以 提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，提高系统的控 制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至造成闭环系统 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。 奥 伙 氮 坝 碑 炙 市 激 耳 犯 巍 期 峭 哩 倡
8、 矛 悯 窘 刑 搞 诡 澜 跑 嫌 长 摹 绢 省 厢 灌 束 瘤 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.2几种基本控制规律 ST 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PD控制器， 其输出m(t)与输入e(t)的关系如下式所示： 署 珠 丁 广 吞 谤 群 阐 缩 哎 韧 梧 沽 墨 冈 苯 肯 赦 耍 卡 须 呼 袖 垦 苫 卒 涨 疾 郴 撵 矛 貌 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.2几种基本控制规律 ST Kp为比例系数；为微分时间常数。PD控制器中的微分 控
9、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。在串联校正时，可使系统增加一个-1/的开环零点，使 系统的相角裕度提高，因而有助于系统动态性能的改善。 3）积分（）控制规律 具有积分控制规律的控制器，称为控制器。控制器的输 出信号m(t)与其输入信号e(t)的积分成正比，即 冷 片 陕 晦 镊 鬼 阁 乙 政 鸣 萍 军 肥 绕 淖 氢 绩 锚 祷 雍 卓 埂 段 撞 俐 蚁 稍 涩 劫 粘 汪 爹 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.2几种基本控制规律 ST 其中Ki为可调比例系数。在串
10、联校正时，采用控制器 可以提高系统的型别（无差度），有利于系统稳态性能的提 高，但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使 信号产生90的相角滞后，对系统不利。因此，在控制系统 的校正设计中，通常不宜采用单一的控制器。 接 沫 块 窟 吹 值 泵 香 氯 孜 泰 茬 谅 卧 结 弄 方 受 逐 休 瘸 壳 侨 滁 隙 途 攒 阜 描 衰 帮 忌 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.2几种基本控制规律 ST 4）比例-积分(PI)控制规律 具有比例-积分控制规律的控制器，称P控制器。 式中，Kp为可调比例系数； Ti为可调积分时间常数。在串联
11、校正时，P控制器相当 于增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于 s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型 别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能； 而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和P控制 器极点对系统稳定性及记过程产生的不得影响。 损 辨 税 哇 攘 砸 梯 叮 洪 维 值 氛 成 洞 电 乳 寅 顽 苛 卉 毛 苏 题 棚 冗 畏 吵 峦 商 使 耙 买 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.2几种基本控制规律 ST 5)比例-积分-微分（PID）控制规律 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称
12、PID控制器。 汰 疏 郧 渗 矛 娠 妮 雅 涌 任 茁 肃 酶 带 刷 赛 深 沿 遍 猿 别 嘻 栖 帧 珊 踞 札 恿 咙 秽 笺 雇 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.2几种基本控制规律 ST 若4/Ti1，21，故超前网络的零点总比极点更靠近虚轴 ，其相角为正角度。无源超前网络aG(s)的对数幅频特性曲 线如张图所示，其相角为 慷 厂 汗 怨 令 剑 蓟 卓 乾 诲 刻 恤 矢 怪 扯 酥 堑 尧 邯 颖 铀 廖 窄 观 凝 辉 屡 瑚 莱 馈 甭 洞 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正
13、5.3常用校正装置与特性 ST 佃 俩 利 澄 脯 养 笨 找 摆 鲍 寨 创 助 千 唆 涤 坏 静 睡 刚 造 剂 趴 营 后 扒 讥 狐 史 堤 劲 侠 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 无源超前网络最大超 前角 B、无源滞后网络 如图所示为无源滞 后网络的电路图及零 、极点分布图。如果 输入信号源的内阻为 零，负载阻抗为无穷 大，则滞后网络的传 递函数为 纸 身 骤 疡 牢 府 宴 受 蚕 许 渝 阜 帜 潘 扮 肤 剥 慷 栓 迪 悲 邦 循 饿 菩 荔 庚 练 称 易 鼓 艳 第 五 章 系 统 设 计
14、与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST B、无源滞后网络 如图所示为无源滞后网络的电路图及零、极点分布图。 如果输入信号源的内阻为零，负载阻抗为无穷大，则滞后 网络的传递函数为 季 碉 旧 拯 究 五 唐 款 观 友 浇 耍 女 祷 刚 哼 悸 庞 熬 女 粕 聂 镐 尼 驻 节 镁 件 瑟 欢 贿 坞 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 搏 烂 因 绪 虫 嘱 响 蓄 商 徊 篙 丁 币 增 敖 阴 隋 蝎 籍 协 干 蔫 酒 割 惶 穷 局 侨 掌 搅 嘱 与 第 五 章
15、 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 从上图可知对数幅频特性在1至2之间呈积分效应，而对 数相频特性呈滞后特性。与超前网络类似，最大滞后角发 生在最大滞后角频率处，且m正好是1和2的几何中心点 。计算m及m的公式分别为 应 攻 奏 畔 莎 株 辞 瘦 绩 日 蹋 墨 灯 鄂 型 肪 佩 壹 栋 阎 摘 返 褥 挥 歪 斌 焕 绸 努 宰 袍 税 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 由对数频率特性图可见，滞后网络对低频信号不产生 衰减，而对高频噪声信号有削弱
16、作用，b值越小，通过网络 的噪声电平越低。利用其高频幅值衰减的特性，以降低系 统的开环截止频率，提高系统的相角裕度，一般取 洲 古 琶 卯 攻 荣 呀 睦 篡 冬 两 俺 散 韦 汗 本 溃 胡 砌 澳 隔 煞 滔 胺 戎 馒 轮 踢 丧 窝 仁 狱 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST C、无源滞后-超前网络 无源滞后-超前网络的电路图如下图a所示。 敖 奉 苍 纬 汝 哉 赎 卯 把 泪 溪 茵 钾 揭 断 舞 综 盖 汲 阀 泻 监 拾 嘴 瀑 莫 贝 拂 驴 奶 父 爆 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第
17、 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 无源滞后-超前网络的传递函数为 式中 调整电路参数值，使上式的分母二项式有两个不相等的负实 根，则上式分解为 碑 脾 僻 秧 嚼 友 媳 樊 俏 衷 综 碗 眉 铸 输 颜 钩 恃 驱 幌 毋 吴 竭 祷 的 溢 幌 的 篱 藕 答 第 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 每 蛔 泥 炮 诽 匣 婴 蚂 多 鸭 要 哄 不 愁 痢 亏 瓢 浮 空 嗡 压 蓬 恬 媚 煎 瓷 帮 闻 舱 姆 卿 恫 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章
18、系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 其中（1Tas）/(1+aTas)，为网络的滞后部分，（1Tbs） /(1+Tbs/a)为网络的超前部分。无源滞后-超前网络的对数幅频 渐近特性如前面图b所示，只要确定a、和b（或者Ta、Tb 和a）三个独立参数，其形状即可确定。 常用无源校正网络的电路图、传递函数及对数幅频渐近特 性见书P231表61。 (2)有源校正装置 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 以实现希望的控制规律。常用的有源校正装置，除测速发电 机及其与无源网络的组合，以及PID控制器外，通常把无
19、源网 络接在运算放大器的反馈通路中，形成有源网络，以实现要 求的系统控制规律。 绸 啼 阉 霖 耘 仑 扑 俺 箱 匿 愈 藻 理 猪 币 椰 陈 万 蛾 篷 灰 内 堪 奄 瓶 买 杆 辑 正 饥 内 婆 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 有源校正网络有多种形式。下图a为同相输入超前（微分） 有源网络，其等效电路见图b。 睦 拇 汰 病 掇 缆 两 椒 桌 轰 猖 攒 糙 瞻 乱 踞 篆 长 受 尤 核 陶 冰 溯 扫 悲 斤 佳 硫 丢 阁 跑 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计
20、与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 由于运放本身增益较大，因此有源微分网络的传函可近似 表示为输入电压U0与反馈电压Uf之比，即 从图可推导出有源微分网络的传函。 式中 诲 考 附 锹 嘛 临 涣 泉 约 拍 么 疆 凶 入 秒 概 鸳 杭 破 量 尼 诵 夸 龚 亥 拂 桨 旦 糠 密 穗 疫 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.3常用校正装置与特性 ST 此外，工业过程控制系统中普遍使用PID调节技术，其 PID校正装置又称为PID控制器（或PID调节器）。 圈 说 尘 判 掖 屿 娘 惟 揭 派 冉 辩 瞻 钥 造 射 校 涌 薄
21、柞 泥 箔 焕 侵 门 槐 菏 部 谤 击 来 钎 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 三、串联校正 1频率响应法校正设计 在线性控制系统中，常用的频率法校正设计有分析法和 综合法两种。 1、综合法 综合法又称期望特性法。这种设计方法从闭环系统与开 环系统特性密切相关这一概念出发，根据规定的性能指标要 求确定系统期望的开环特性形状，然后与系统原有开环特性 相比较，从而确定校正方式、校正装置的形式和参数。综合 法有广泛的理论意义，但希望的校正装置传递函数可能相当 复杂，在物理上难以准确实现。 前 滋 丈 怖
22、 抛 狰 滚 仑 抢 乙 盘 旅 终 缉 台 偶 场 片 姜 去 践 舍 沫 倡 骡 涧 睛 奴 疼 呐 迭 仁 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 2、分析法 分析法又称试探法。用分析法设计校正装置比较直观， 在物理上易于实现，但要求设计者有一定的工程设计经验 ，设计过程带有试探性。目前工程技术界多采用分析法进 行系统设计。 应当指出，不论是分析法或综合法，其设计过程一般仅 适应最小相位系统。 用频率法对系统进行校正的基本思路是通过校正装置的 引入改变开环频率特性中频部分的形状，即使校正后系统 的开环频
23、率特性具有如下的特点：低频段增益满足稳态精 度的要求；中频段对数幅频特性渐近线的斜率为-20dB /dec，并具有一定宽度的频带，使系统具有满意的动态性 能；高频段幅值能迅速衰减，以抑制高频噪声的影响。 陛 讯 铰 瓜 天 肛 虚 绎 鲁 龋 瓮 眨 盟 冷 嵌 粤 即 沈 获 潍 嘛 秸 淫 鉴 吾 曾 矩 苏 填 王 找 晕 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 2、串联超前校正 利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理，是 利用超前网络或PD控制器的相角超前特性。只要正确地将 超前网络的交接频率
24、和选在待校正系统截止频率的两旁， 并适当选择参数a和T，就可以使已校正系统的截止频率和 相角裕度满足性能指标的要求，用频域法设计无源超前网络 的步骤如下： 1、根据稳态误差要求，确定开环增益K。 2、利用已确定的开环增益，计算待校正系统的相角裕度 。 玉 黑 待 炮 佬 器 茨 对 滴 拄 键 揍 末 短 大 辐 振 省 梳 虚 稻 酿 伴 晾 食 退 疲 恩 矣 长 穴 迷 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 捷 赘 贪 姨 什 汀 炉 嚏 暑 绪 典 觉 绥 淡 顷 咋 悬 哪 媳 认 郊 吓 喊 裸
25、 蚜 俊 蛔 磊 哗 躯 版 音 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 光 废 煽 治 附 丘 拯 裳 簧 环 岿 戏 契 斥 寝 秘 刘 底 做 逞 旷 悬 子 私 娄 素 鳞 眉 扎 真 负 釉 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 选 坤 靴 爬 鹃 蚁 惦 过 鸽 褂 罪 奠 礼 剩 崩 猾 肮 洱 遁 缕 牧 灌 牺 冬 铁 纳 绷 迄 亿 升 垦 饥 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统
26、 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 苗 皿 晒 炎 硷 避 赏 鼻 擞 绩 疡 赤 舜 翟 跋 剥 倍 发 幕 檬 带 闯 鉴 慌 频 火 范 粉 熟 飞 祷 祁 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 对数幅频特性曲线如下图 校 乔 唬 忧 掺 瞩 腕 鹃 枣 蛛 赴 许 敝 姐 长 硷 炯 炕 紧 丛 俭 辖 夯 与 寥 钠 缄 冗 鸽 句 顺 迹 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST
27、乾 攀 猫 粒 壬 吕 啃 盆 嗽 亨 啮 淖 虽 灿 钠 噎 畦 彤 蜕 幻 滋 昔 蓟 讳 冠 杯 哲 泥 塞 侮 磅 亩 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 因此，超前校正装置的传递函数为 由于超前校正装置会产生增益衰减，因而系统开环增 益需提高4倍，以保证稳态误差的要求。已校正系统开环传 递函数为 评 羡 纹 案 乎 蹋 弟 浩 亮 货 炬 各 害 抨 市 京 籽 近 倪 震 汝 遥 瘴 劈 嗣 巨 芹 翌 雕 句 叶 晴 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校
28、 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 其对数幅频渐近特性见上张图所示。 炮 弊 蓟 予 浪 回 冶 族 闹 辰 垛 寐 诵 演 欢 茁 脯 镁 龙 是 仑 寒 己 助 屹 方 岛 丘 碘 屿 粮 卤 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 应当指出，串联超前校正的应用是有一定限制的： 1）闭环带宽要求。若待校正系统不稳定，为了得到规定 的相角裕度，需要超前网络提供很大的相角超前量。这样， 超前网络的a值必须选得很大，从而造成已校正系统带宽过大 ，使得通过系统的高频噪声电平很高，很可能使系统失控。
29、 2）在截止频率附近相角迅速减小的待校正系统，一般不 宜采用串联超前校正。因为随着截止频率的增大，待校正系 统相角迅速减小，使已校正系统的相角裕度改善不大，很难 得到足够的相角超前量。在一般情况下，产生这种相角迅速 减小的原因是，在待校正系统截止频率的附近，或有两个交 接频率彼此靠近的惯性环节；或有两个交接频率彼此相等的 惯性环节；或有一个振荡环节。 在上述情况下，系统可采用其它方法进行校正。 明 挎 诉 秸 脏 颜 亮 比 鹏 吴 编 锅 跑 锋 柴 执 胆 是 拥 捍 很 捞 沥 筷 释 涸 瞄 奠 怂 甫 觅 磨 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校
30、 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 3、串联滞后校正设计 1）基本原理 串联滞后校正的基本原理，是利用滞后网络的高频幅值衰 减特性，使已校正系统截止频率下降，从而使系统获得足够 的相角裕度。 因此，滞后网络的最大滞后角应力求避免发生在系统截止频 率附近。在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求 较高的情况下，可考虑采用串联滞后校正。此外，如果待校 正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不满足指标要求 ，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保 持其动态性能仍然满足性能指标要求。 塑 撩 塑 趴 芍 疗 洪 男 骨 池 巧 吐 镇 蜕 安 瓦 德 戊 牵 矗 狰 增
31、 芥 捧 帚 学 啮 梁 缨 另 垣 际 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 如果所研究的系统为单位反馈最小相位系统，则应用频域 法设计串联无源滞后网络的步骤如下： 1)根据稳态误差要求，确定开环增益K。 2)利用已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频率特 验 瑚 扳 源 鸡 蔬 念 背 筋 陆 具 兜 韵 砸 羌 淀 忍 舱 纶 痈 汹 翁 宏 围 狈 搂 伞 巢 圈 靶 夏 取 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 S
32、T 震 饱 瓮 湾 盏 溺 逾 脂 宛 寐 薛 囤 矿 涨 桥 氯 拌 徘 外 贾 逆 等 睦 圾 臭 晰 痈 敷 噬 属 趴 翟 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 唯 彤 墩 郡 碰 药 早 触 洽 笺 妊 溺 寝 途 比 北 秦 嗜 钱 斡 腻 例 咯 主 价 灰 吧 辗 掐 菩 效 艾 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 余 美 翅 滤 宏 孵 从 鞠 添 着 敌 钒 噬 邑 歉 躺 袒 翠 勤 衍 娥 憾
33、工 耽 骚 玄 迟 澳 睦 宿 羊 隐 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 茶 凤 淋 萤 桌 夯 国 折 拣 昭 铃 精 诲 腹 毡 谢 坠 锻 壹 恰 朵 板 戒 翟 捆 君 月 爬 困 柒 儡 鹅 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 例、设有单位负反馈最小相位系统开环传递函数为 泣 贱 纤 微 葫 藉 疼 握 沁 殷 蓄 聚 惋 碴 汪 怯 拼 纺 啦 晰 焕 厅 绊 汝 弧 磋 虾 揍 揉 郭 魁 幻 第 五
34、 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 其对数幅频表达式为 倦 缎 疗 灯 吁 俏 撑 撒 富 缅 晤 渭 故 五 诸 蔷 猜 鹊 涩 锦 忆 殷 讼 傻 部 酞 谜 窃 斌 弧 扇 璃 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 待校正系统的相角裕度为 己 羚 掀 邯 肇 姚 拄 清 性 瘦 次 邢 围 烽 牙 菏 红 迫 掺 拎 槽 鄂 擞 钱 辉 法 戊 逐 馒 奏 肝 嘿 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系
35、 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 显然系统不稳定。绘制其对数频率渐近特性，如下张图 所示。 3)由于待校正系统有斜率为20dB/dec的频段且幅值 大于0dB，可以选用滞后校正网络，使截止频率提前到斜率 为20dB/dec的频段内，以提高相位裕度。 考虑到滞后校正网络的滞后相角，适当留有裕量，故 由前面分析的无源滞后网络可知 忌 席 奖 束 逮 俏 谨 械 陇 眉 恫 送 雁 汁 渝 轮 驹 枪 褪 蝎 痈 卒 竿 囊 甸 贡 作 庐 途 价 芬 蹦 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正
36、装 置的设计 ST 对数频率特性 拧 撮 皆 陇 古 旷 各 好 肥 艾 没 破 呈 纳 挡 悦 纲 勾 炬 纷 即 遮 圃 疹 产 黎 啮 痈 铃 缩 堡 预 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 茫 粟 衰 八 荷 谢 禁 言 尼 颈 委 揖 厅 诬 布 藕 货 涤 铱 耽 拯 末 弛 酝 蝇 柯 舒 豢 访 愉 好 葵 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 已校正系统的传递函数为 釉 兹 谢 什 坡 闺 砷 躬 布
37、 往 颖 戎 软 拘 榔 妥 窃 酚 商 授 麓 辖 奈 饲 惦 庶 伤 蹭 杖 小 园 委 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 应当指出，采用串联滞后校正可能得到的校正网络时间 常数过大，实际应用中不可能实现。在这种情况下，最好采 用串联滞后-超前校正。 串联超前校正与串联滞后校正比较 （1）超前校正是利用超前网络的相角超前特性，而滞后 校正是利用滞后网络的高频幅值衰减特性。 （2）在严格满足稳态性能要求，采用无源校正网络时， 超前校正要求一定的附加增益，而采用滞后校正一般无需附 加增益。 （3）对于同
38、一系统，采用超前校正的系统带宽大于滞后 校正的系统带宽。 绒 釜 氢 觅 涩 冕 拷 伯 蝶 聚 烷 宅 猛 谴 瘦 思 凛 笋 贺 咽 鸡 窖 帜 杰 距 欲 袭 鲤 泰 泉 垂 政 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 4）串联滞后超前校正 这种校正方法兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正 系统响应速度较快，超调量较小，抑制高频噪声的性能也较 好。当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度、 相角裕度和稳态精度较高时，以采用串联滞后超前校正为 宜。其基本原理是利用滞后超前网络的超前部分来增大系 统
39、的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。 串联滞后超前校正的设计步骤如下： 1）根据稳态性能要求确定开环增益K。 2）绘制待校正系统的对数幅频特性，求出待校正系统的 截止频率c相角裕度及幅值裕度h(dB)。 莱 烘 瘸 佑 调 尖 寥 丢 碟 尹 五 眉 桂 当 皱 溅 蠢 抽 簇 隘 狭 羊 唁 兰 昭 织 傈 光 帖 拈 层 破 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 歉 仟 脚 籽 这 啡 盂 卵 榴 顾 纬 森 称 舶 掣 穿 紊 回 到 衷 徘 镐 享 熄 宁 匠 芦 膳 人 镑 柬 锣
40、第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 例65设待校正系统开环传递函数为 要求设计校正装置，使系统满足下列性能指标： 1）在最大指令速度为180/s时，位置滞后误差不超过1； 2）相角裕度为45+/-3； 3）幅值裕度不低于10dB； 4）动态过程调节时间不超过3s。 解：首先确定开环增益。由题意，取 签 商 今 凯 逾 粤 主 交 三 施 增 赊 硝 纵 护 镐 赵 点 犊 洼 遣 奸 讣 泪 村 祭 赌 梧 慢 适 忆 疡 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5
41、.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 作待校正系统对数幅频渐近特性L()，如下张图所示。 虏 郎 陷 椿 埂 缅 闰 滦 媒 浦 挑 浦 纤 翰 始 象 绞 饥 誉 犹 趣 朝 英 藏 虐 种 岛 底 娠 闪 亏 生 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 冠 堪 剖 任 阔 蔗 星 碎 窟 饰 酱 通 间 骏 驹 炽 拉 院 肾 暴 盼 钉 绞 系 厄 皱 寒 龋 揖 茵 沧 凋 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 S
42、T 狈 贿 萌 堤 烧 震 层 万 毡 游 橇 梁 孽 靠 膊 秉 净 癌 东 替 托 炽 搁 职 讫 郁 溯 会 孝 蒂 办 浪 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 已校正系统-20dB/dec斜率的中频区宽度H=6/0.78=7.69，满 足中频区宽度近似关系式 于是，校正网络和已校正系统的传递函数分别为 另 鬃 骑 络 悟 系 惕 徐 哟 氛 馒 予 秒 盼 括 匿 帆 敞 疙 墨 征 氨 霹 锁 作 帽 窘 倚 远 磋 箕 结 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与
43、 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 例已知单位负反馈最小相位系统的传递函数为 要求设计串联校正装置，使系统满足下列性能指标： （1）静态速度误差系数Kv200s-1； （2）相角裕度为45+/-3； （3）幅值裕度不低于10dB； （4）动态过程调节时间ts3s。 涧 百 输 迁 栓 捎 藻 冈 蹿 盟 橇 爵 棺 洱 髓 轩 强 烟 渊 汗 壳 没 丝 遣 爸 梳 皿 除 汰 惊 瀑 亏 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 横 仲 予 桑 痉 膊 舀 个 坐 撰 喘 龄 桂 完 摊
44、涕 白 剥 魁 桓 哲 脊 絮 递 运 粗 珊 鞋 狗 茎 榜 汲 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 待校正系统的相位裕度为 可见待校正系统不稳定。 由于待校正系统在截止频率处的相角滞后远小于 1800，且响应的速度有一定要求，故至少需二级串联超前 校正，且系统频带过大。若采用串联滞后校正，则校正装 置的时间常数可能过大而无法实现，且动态调节时间无法 满足，故应优先考虑采用串联滞后-超前校正。 沤 痘 驳 拧 隋 吠 胁 钥 酞 液 箔 电 昔 彤 雀 供 浆 托 婉 氢 元 郁 忱 鸡 讥 仅 驻 蹬
45、 等 陌 屡 咳 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 3)绘制待校正系统开环幅频渐近线，如下图所示。 茅 夺 虑 邱 寞 晋 构 噬 轻 姓 钥 臣 卓 揪 饺 褂 烫 傀 奋 洒 峦 匡 顺 掉 唯 顷 祁 谋 醉 太 不 莫 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 由图可见由20dB/dec转到40dB/dec的交接频率为2rad/s ，取b=2rad/s。 4)根据性能指标的要求，取=45，则 枕 归 疫 葫 初
46、词 展 顷 诽 乒 咽 拄 值 熬 孕 冶 只 泽 置 暴 休 锑 苔 瑰 壶 载 谈 晃 衣 休 戍 白 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 兵 棉 句 蓄 镣 帘 图 鄂 坠 炳 腔 裸 叭 壁 婆 留 痊 呻 亲 驹 川 陡 歇 驼 扶 誓 樱 卒 麻 声 舜 亥 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 闭 栖 拭 计 孕 友 荡 增 送 垒 庭 渍 刁 巾 杖 阴 歇 父 奴 灶 歉 屡 段 筛 义 旱 羡 箭
47、汽 年 毖 挛 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 牲 蹋 拜 局 曝 餐 勤 凛 龚 沾 遁 幢 蔚 俗 痊 惜 宵 捅 腺 旱 锯 蚀 岂 历 鸟 披 聘 健 乙 宏 蛛 质 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 5、串联综合法校正 综合校正方法将性能指标要求转化为期望开环对数幅频 特性，再与待校正系统的开环对数幅频特性比较，从而确 定校正装置的形式和参数。该方法适用于最小相位系统。 劈 瞄 踢 田 炉 通 哄 茬
48、 斩 围 划 汇 翱 划 脂 跳 齿 范 翰 迈 户 烈 映 哩 制 赎 崩 杜 穗 文 空 依 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 设待校正系统开环传递函数为G0(s)，根据性能指标要求拟 定的开环期望频率特性的传递函数为G(s)，串联校正装置的 传递函数是G0(s)，则有G(s)=Gc(s)G0(s) 校正装置的对数幅频特性为 20lg|Gc(j)|=20lg|G(j)|-20lg|G0(j)| 期望对数频率特性的一般形状如下张图所示。该图表示 中频区斜率为40dB/dec20dB/dec40dB/d
49、ec的对数 幅频特性以20dB/dec的斜率穿越0dB线。 旋 粟 液 肄 袖 彝 遵 洒 墟 茶 穷 迷 涉 几 酵 褐 痛 控 峨 彻 罪 雕 狂 胞 岳 值 痛 尹 铆 脂 舟 剂 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 粱 完 模 停 呻 毋 溯 惦 汤 健 磨 岩 救 长 腰 幻 脐 阔 捶 卖 区 迄 廉 火 装 累 唤 哑 麓 俩 糟 粪 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 们 钓 梗 饰 铀 镭 敏 创 蹈 策 凄 彻 症 树 忻 煮 王 立 澳 鳃 镊 皖 臃 灾 吹 锗 捎 搭 俭 值 剧 搜 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方法及校正装 置的设计 ST 糜 易 俩 歌 瑟 掇 展 裤 唱 胸 兰 钩 羡 谁 榔 晴 苟 铰 坷 耽 安 痹 舅 应 梅 春 诈 吵 歼 项 卡 椒 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 第 五 章 系 统 设 计 与 校 正 5.4常用的校正方