自动控制原理胡寿松第六版第六章ppt课件.ppt

《自动控制原理胡寿松第六版第六章ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理胡寿松第六版第六章ppt课件.ppt（45页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第六章 1.1.性能指标性能指标2.2.系统带宽的确定系统带宽的确定3.3.校正方式校正方式4.4.基本控制规律基本控制规律 性能指标性能指标时域指标时域指标频域指标频域指标超调量超调量 调节时间调节时间%st二阶系统指标计算二阶系统指标计算%100%21/enst/5 . 3tgtsc/7谐振峰值谐振峰值 谐振频率谐振频率 带宽频率带宽频率截止频率截止频率 相位裕度相位裕度 幅值裕度幅值裕度rMrbc二阶系统指标计算二阶系统指标计算212/ 1rM221nr21)21 ()21 (222nb24214nc)214/2(tan241高阶系统时域频域指标关系高阶系统时域频域指标关系) 1sin

2、/1 (4 . 016. 0csKt/020) 1sin/1 (5 . 2) 1sin/1 (5 . 12 Ksin/1rMh关于系统指标的说明关于系统指标的说明性能指标是系统设计的基础性能指标是系统设计的基础性能指标应根据系统实际需要，以满足要求为准性能指标应根据系统实际需要，以满足要求为准系统实际需要应综合考虑，动态、静态、平稳性等系统实际需要应综合考虑，动态、静态、平稳性等 系统带宽的确定系统带宽的确定系统校正，多在频域进行，系统带宽是一个重要指标。系统校正，多在频域进行，系统带宽是一个重要指标。系统带宽选择应综合系统的跟随性和抗干扰性能。较宽的频带，系系统带宽选择应综合系统的跟随性和抗

3、干扰性能。较宽的频带，系 统的响应快，跟随性好，但易受外界干扰的影响；而频带窄，不统的响应快，跟随性好，但易受外界干扰的影响；而频带窄，不 易受干扰影响，但跟随性差。易受干扰影响，但跟随性差。系统要求一般体现在系统输入信号的频率范围，一般将带宽频率选系统要求一般体现在系统输入信号的频率范围，一般将带宽频率选 定在定在 ，其中，其中 为输入信号的最大频率。另外要为输入信号的最大频率。另外要 求带宽频率小于干扰信号的频率。求带宽频率小于干扰信号的频率。Mb)105(M上述频率设定，是一种理想的方案，实际系统干扰往往很复杂，各上述频率设定，是一种理想的方案，实际系统干扰往往很复杂，各 种频率分量的干

4、扰都会出现，应综合考虑，必要时要设计针对某种频率分量的干扰都会出现，应综合考虑，必要时要设计针对某 种频率范围的干扰的滤波器。种频率范围的干扰的滤波器。 校正方式校正方式校正方式有串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。校正方式有串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正。反馈校正反馈校正串联校正串联校正对象对象控制器控制器输入量输出量前馈前馈校正校正对象对象控制器控制器输出量干扰输入输入量输出量对象对象控制器控制器前馈前馈校正校正反馈校正反馈校正串联校正串联校正前馈校正前馈校正对象对象控制器控制器输入量输出量干扰输入 基本控制规律基本控制规律校正装置的输入输出关系。常用的有：比例校正装置的输入输

5、出关系。常用的有：比例P、微分、微分D、积分、积分I及它及它 们的组合。们的组合。比例（比例（P）控制规律）控制规律校正装置是一比例环节校正装置是一比例环节PK)(te)(tm比例比例微分（微分（PD）控制规律）控制规律例例6-1：设系统如图，分析设系统如图，分析PD控制器控制器 对系统性能的影响。对系统性能的影响。)1 (sKP)(te)(tm)(sR)(sC21Js)1 (sKP解：解：若没有若没有PD校正，系统的校正，系统的 闭环传递函数为闭环传递函数为) 1/(1)(2Jss增加增加PD校正后，系统的闭环传递函数为校正后，系统的闭环传递函数为)/()1 ()(2PPFKsKJssKs效

6、果：效果：1）增加了阻尼；）增加了阻尼；2）增加了一个）增加了一个 闭环零点；闭环零点；3）不影响稳态误差。）不影响稳态误差。积分（积分（I）控制规律）控制规律sKi/)(te)(tm一般很少单独使用一般很少单独使用。比例比例积分（积分（PI）控制规律）控制规律)11 (sTKip)(te)(tm一般很少单独使用一般很少单独使用。例例6-2：设系统如图，分析设系统如图，分析 PI控制器对系统性能的控制器对系统性能的 影响。影响。)(sR)(sC) 1(0TssK)11 (sTKiP解：解：无无PI校正的开环校正的开环有有PI校正的开环校正的开环) 1(0TssK) 1() 1(20TssTsT

7、KKiiP效果：效果：1）系统阶次增加；）系统阶次增加；2）稳定）稳定 性（阻尼）变差；性（阻尼）变差；3）系统型别增）系统型别增 加，改善了稳态性能。加，改善了稳态性能。比例比例积分积分微分（微分（PID）控制规律）控制规律综合综合PI与与PD校正的特点。校正的特点。)11 (ssTKip)(te)(tm若上例采用若上例采用PID控制，则根轨迹为控制，则根轨迹为1.1.无源校正网络无源校正网络2.2.有源校正装置有源校正装置3.3.PIDPID控制器控制器零极点分布零极点分布 无源校正网络无源校正网络由由RLC电路构成的校正装置。电路构成的校正装置。无源超前网络无源超前网络右图电路的传递函数

8、为右图电路的传递函数为1RC)(tui)(tuo2RTsaTsasUsUio111)()(其中：其中：1221RRRa称为称为分度系数分度系数，CRRRRT2121称为称为时间常数时间常数图示网络将使开环增益下降，使用时常需另加放大器，保持增益。图示网络将使开环增益下降，使用时常需另加放大器，保持增益。超前校正：超前校正：)1/()1 ()(TsaTssGcT/1aT/1)(L)(00o90T/1aT/1malg20alg10m最大超前角计算最大超前角计算221111) 1(tan)(tan)(tan)(aTTaTaT极值点极值点Tam/1，即极值点在，即极值点在T/1aT/1和和的几何中心。

9、的几何中心。最大超前角最大超前角11sin21tan11aaaam超前校正特点：超前校正特点：不影响稳态及低频性能；不影响稳态及低频性能；高频增益变大，会增大截止频率；高频增益变大，会增大截止频率；不改变低频与高频的相角；不改变低频与高频的相角；使中频段的相位超前（超前校正的名称来源），幅值使中频段的相位超前（超前校正的名称来源），幅值 也有变化。也有变化。无源滞后网络无源滞后网络右图电路的传递函数为右图电路的传递函数为TsbTssUsUsGioc11)()()(1RC)(tui)(tuo2R零极点分布零极点分布其中：其中：1212RRRbCRRT)(21T/1bT/1)(L)(00o90T/

10、1bT/1mblg20blg10mTbm/1bbm11sin1最大滞后频率最大滞后频率最大滞后角最大滞后角滞后校正特点：滞后校正特点：不影响稳态及低频性能；不影响稳态及低频性能；中频增益变小，会减小截止频率；中频增益变小，会减小截止频率；不改变低频与高频的相角；不改变低频与高频的相角；使使 处有较大的相位滞后（滞后校正的名称来处有较大的相位滞后（滞后校正的名称来 源），幅值也有变化。源），幅值也有变化。m无源滞后无源滞后超前网络超前网络右图电路的传递函数为右图电路的传递函数为1)()1)(1 ()(2sTTTsTTsTsTsGabbababac其中：其中：11CRTa1R2C)(tui)(tu

11、o2R1C22CRTb21CRTab设设baTTTT21abbaTTTTT21aaTaTT1则则asTsTsaTsTsTsTsTsTsGbbaabac/1111)1)(1 ()1)(1 ()(21)(L)(alg20aaT/1aT/1bT/1bTa/表表6-16-1常见的无源常见的无源校正网络校正网络 有源校正装置有源校正装置用运算放大器来构成的校正装置，由于装置工作时，除了连接输入用运算放大器来构成的校正装置，由于装置工作时，除了连接输入 和输出端外，换需外接电源（功率源），称为有源装置。和输出端外，换需外接电源（功率源），称为有源装置。 同样的校正装置，可以用无源网络也可用有源网络来实现，

12、从功能同样的校正装置，可以用无源网络也可用有源网络来实现，从功能 而言，没有差别。而言，没有差别。有源网络可减小负载效应、工作更加稳定、参数调整方便，性能要有源网络可减小负载效应、工作更加稳定、参数调整方便，性能要 优于无源网络。优于无源网络。表表6-26-2常见的有源常见的有源校正装置校正装置 PIDPID控制器控制器PID控制器是将控制器是将PID校正装置做成的产品，用于各种工业控制系统中校正装置做成的产品，用于各种工业控制系统中 作为一个产品，作为一个产品，PID控制器应具有的功能：控制器应具有的功能：1）系统定值信号和测量）系统定值信号和测量 信号的接入端；信号的接入端；2）系统定值信

13、号的产生部件；）系统定值信号的产生部件；3）手动与自动的）手动与自动的 切换；切换；4）PID参数的的设定部件。参数的的设定部件。1.1.频率响应法校正设计频率响应法校正设计2.2.串联超前校正串联超前校正3.3.串联滞后校正串联滞后校正4.4.串联滞后串联滞后超前校正超前校正5.5.串联综合法校正串联综合法校正6.6.串联工程设计方法串联工程设计方法 频率响应法校正设计频率响应法校正设计在经典控制理论中，频率域综合方法是最常用、有效的一种方法。在经典控制理论中，频率域综合方法是最常用、有效的一种方法。校正装置设计的两种方法：校正装置设计的两种方法：分析法（试探法）：分析法（试探法）：根据工程

14、经验，提出一种校正装置，用于系根据工程经验，提出一种校正装置，用于系 统控制，看是否满足要求，应如何改进。统控制，看是否满足要求，应如何改进。综合法（期望特性法）：综合法（期望特性法）：根据已知的系统特性及期望的系统的根据已知的系统特性及期望的系统的 性，提出一种校正装置，使系统性能达到期望的性能指标。性，提出一种校正装置，使系统性能达到期望的性能指标。系统最直接的指标一般都是在时域里提出的，系统综合往往在频域系统最直接的指标一般都是在时域里提出的，系统综合往往在频域 里比较方便需要转换。但在频域里设计完后，控制器要经验证。里比较方便需要转换。但在频域里设计完后，控制器要经验证。频域性能与时域

15、性能有对应关系，不同频段有对应了不同的时域频域性能与时域性能有对应关系，不同频段有对应了不同的时域 性能。性能。低频段：影响稳态性能。低频段：影响稳态性能。中频段：影响动态性能。中频段：影响动态性能。高频段：影响抗干扰性能。高频段：影响抗干扰性能。 串联超前校正串联超前校正串联形式的超前校正装置。串联形式的超前校正装置。例例6-3：设控制系统如图，要求系统在设控制系统如图，要求系统在验证系统是否满足动态性能要求验证系统是否满足动态性能要求解：解：根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益取取对复杂系统，这一步一般是画出开环频率特性曲线，从曲线上判断对复

16、杂系统，这一步一般是画出开环频率特性曲线，从曲线上判断 是否满足要求。本例是二阶系统，采用计算方法验证。是否满足要求。本例是二阶系统，采用计算方法验证。)(sR)(sC) 1( ssK单位斜坡输入信号作用下，稳态误差单位斜坡输入信号作用下，稳态误差 ，开环系统截止频，开环系统截止频 率率 ，相角裕度，相角裕度 ，幅值裕度，幅值裕度 ，试设，试设 计串联超前网络。计串联超前网络。radess1 . 0sradc/4 . 4 o45 dbh10 1 . 0/1Kess110radK系统特征方程系统特征方程0102 ss即即10n和和16. 0oo4518)214/2(tan2414 . 408.

17、321424nc二阶系统幅值裕度肯定满足要求。二阶系统幅值裕度肯定满足要求。结论：结论：系统不满足要求，需加校正装置。系统不满足要求，需加校正装置。画出校正前系统的开环幅、相频率特性曲线画出校正前系统的开环幅、相频率特性曲线)(L)(04040o90o1801 . 0110100低频段低频段1/s-20db/dec位置确定位置确定1：与与=1的交的交点位置点位置20lg20K位置确定位置确定2：延长线与延长线与轴的交点位轴的交点位置置10/1K=1=1处，增处，增加一贯性环加一贯性环节，斜率增节，斜率增加加-20-204 . 4db6o8 .12o9 .36比较期望系统与实际系统的差，确定校正

18、量比较期望系统与实际系统的差，确定校正量在期望的截止频率在期望的截止频率sradc/4 . 4 处，幅值为处，幅值为-6db，相角为，相角为-167.2o校正量：校正量：sradc/4 . 4 时，时，dbjGcc6)(lg20occjG2 .32)(确定校正装置的参数确定校正装置的参数超前校正在超前校正在m处，提供的超前角最大，为此取处，提供的超前角最大，为此取cm则由则由dbjGacc6)(lg20lg10得得4a则由则由Tam/1得得sT114. 0此时此时oomaa2 .329 .3611sin1sssGc114. 01456. 01)(校正装置校正装置) 1)(114. 01 ()4

19、56. 01 (10)()(sssssGsGc系统开环传递函数系统开环传递函数这样设计，不满足要求？这样设计，不满足要求？设校正装置校正幅值设校正装置校正幅值L校正相角校正相角频率频率c则由则由LaTclg20解出解出caT 由由tantan2a即可确定出所需参数即可确定出所需参数串联超前校正设计步骤：串联超前校正设计步骤：验证系统是否满足动态性能要求验证系统是否满足动态性能要求根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益画出校正前系统的开环幅、相频率特性曲线画出校正前系统的开环幅、相频率特性曲线比较期望系统与实际系统的差，确定校正量比较期望系统与实际系

20、统的差，确定校正量确定校正装置的参数确定校正装置的参数验证校正系统性能验证校正系统性能串联超前校正说明：串联超前校正说明：串联超前校正用于截止频率和相角裕度不满足要求的系统；串联超前校正用于截止频率和相角裕度不满足要求的系统；串联超前校正提供的超前角不宜过大，过大的超前角，使得串联超前校正提供的超前角不宜过大，过大的超前角，使得a很很 大，严重影响高频抗干扰性，且校正系统物理实现困难。大，严重影响高频抗干扰性，且校正系统物理实现困难。 串联滞后校正串联滞后校正串联形式的滞后校正装置。串联形式的滞后校正装置。例例6-4：设控制系统如图，设控制系统如图，验证系统是否满足动态性能要求验证系统是否满足

21、动态性能要求解：解：根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益)(sR)(sC) 12 . 0)(11 . 0(sssK要求系统静态速度误差系数等于要求系统静态速度误差系数等于 ，开环系统截止频，开环系统截止频 率率 ，相角裕度，相角裕度 ，幅值裕度，幅值裕度 ，试设，试设 计串联校正装置。计串联校正装置。130ssradc/3 . 2 o40 dbh10 1030)(limsKssGKsv 画出校正前系统的开环幅、相画出校正前系统的开环幅、相频率特性曲线频率特性曲线oo406 .273 . 212 c106 h结论：结论：闭环系统不稳定，不满足要求。

22、闭环系统不稳定，不满足要求。04040o90o180o27080801 . 0110)(L)(10001. 0两个转折频两个转折频率率低频段低频段1/s-20db/dec位置确定位置确定15 .29lg20K30/1K位置确定位置确定2=5=5处，斜处，斜率增加率增加-20-20=10=10处，斜处，斜率增加率增加-20-20co6 .276h3 . 2c若能保持相频曲线不变，幅频特性下移会如何？若能保持相频曲线不变，幅频特性下移会如何？能满足动态指标要求，但影响静态性能。能满足动态指标要求，但影响静态性能。若能保持相频、扶贫低频段不变，幅频中、高若能保持相频、扶贫低频段不变，幅频中、高频段下

23、移，就能同时满足动、静态要求。频段下移，就能同时满足动、静态要求。串联超前校正行吗串联超前校正行吗？分析：分析：校正装置选择校正装置选择由于串联超前校正的超前效应，校正系统的截止频率处，校正前系由于串联超前校正的超前效应，校正系统的截止频率处，校正前系 统对数幅频必定小于零。因此为保证校正后系统的相角裕度，校统对数幅频必定小于零。因此为保证校正后系统的相角裕度，校 正装置提供的最大超前角至少应大于正装置提供的最大超前角至少应大于67.6o。要达到这个超前角。要达到这个超前角24sin1sin1mma而这样的参数，将使得而这样的参数，将使得m处的幅频抬高约处的幅频抬高约14db。如此则系统截止。

24、如此则系统截止频率至少应选在频率至少应选在20rad/s处，而该处则要求校正装置的最大超前处，而该处则要求校正装置的最大超前角应大于角应大于89o。结论：结论：不能采用串联超前校正。不能采用串联超前校正。串联滞后校正装置分析串联滞后校正装置分析滞后校滞后校正特点：正特点：u不影响稳态及低频性能；不影响稳态及低频性能；u中频增益变小，会减小截止频率；中频增益变小，会减小截止频率；u不改变低频与高频的相角；不改变低频与高频的相角；u使使 处有较大的相位滞后。处有较大的相位滞后。m低频段：影响稳态性能。低频段：影响稳态性能。中频段：影响动态性能。中频段：影响动态性能。高频段：影响抗干扰性能。高频段：

25、影响抗干扰性能。目前系统的状态目前系统的状态oo406 .273 . 212 c106 h目前要解决的问题：同时使幅值裕度和相角裕度得到提高。目前要解决的问题：同时使幅值裕度和相角裕度得到提高。串联滞后校正方案：串联滞后校正方案：方法：方法：将串联滞后校正环节的一对零极点设置得很小，使其不影将串联滞后校正环节的一对零极点设置得很小，使其不影 响中频段的相频特性曲线。响中频段的相频特性曲线。结果结果1：使中频段的幅频特性曲线下移使中频段的幅频特性曲线下移20logb，使得系统截止频率，使得系统截止频率 降低，提高系统的幅值裕度和相角裕度。降低，提高系统的幅值裕度和相角裕度。结果结果2：在频率较低

26、时，系统的相位裕量较大，校正环节带来的相在频率较低时，系统的相位裕量较大，校正环节带来的相 位滞后不会影响系统的稳定性。位滞后不会影响系统的稳定性。结果结果3：不影响系统的稳态性能。不影响系统的稳态性能。串联滞后校正实质：串联滞后校正实质：相位滞后对系统性能有不利影响，串联滞后校正不是利用该装相位滞后对系统性能有不利影响，串联滞后校正不是利用该装 置的相位滞后特性改善系统性能。置的相位滞后特性改善系统性能。串联滞后校正利用中、高频幅频特性下移改善系统性能。串联滞后校正利用中、高频幅频特性下移改善系统性能。串联滞后校正通过牺牲截止频率来提高稳定裕度。串联滞后校正通过牺牲截止频率来提高稳定裕度。)

27、(L)(确定校正装置的参数确定校正装置的参数04040o90o180o27080801 . 011010001. 03 . 2cc1）选择一点，）选择一点，满足满足o)155( )(1807 . 2 c2）确定该点）确定该点的幅频值的幅频值dbLc21)(3）计算）计算b)(lg20cLb09. 0b4）计算）计算T1051cbT41TT/1sssGc4117 . 31)(校正后系统开环传递函数校正后系统开环传递函数)2 . 01)(1 . 01)(411 ()7 . 31 (30)()(ssssssGsGc验证校正后系统性能验证校正后系统性能截止频率截止频率sradsradc/3 . 2/4

28、 . 2相角裕度相角裕度oo4045 幅值裕度幅值裕度dbdbh1014串联滞后校正设计步骤：串联滞后校正设计步骤：由稳态误差确定开环增益；由稳态误差确定开环增益； 画出校正前的开环频率特性曲线；画出校正前的开环频率特性曲线；验证系统是否满足动态性能要求验证系统是否满足动态性能要求选择校正后剪切频率选择校正后剪切频率oc)155()(180由由 计算计算)(lg20cLbb由由 计算计算)105/(/1cbTT验证校正后系统性能验证校正后系统性能串联滞后校正适用系统串联滞后校正适用系统系统剪切频率较要求的高，但相位裕量不足（或系统系统剪切频率较要求的高，但相位裕量不足（或系统不稳定）。不稳定）

29、。（剪切频率）（剪切频率） 串联滞后串联滞后超前校正超前校正例例6-5：设待校正系统开环传递函数为设待校正系统开环传递函数为验证系统是否满足动态性能要求验证系统是否满足动态性能要求解：解：根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益 设计系统，使之满足：设计系统，使之满足：1）最大指令速度为）最大指令速度为180o/s时，位置滞后时，位置滞后 误差不超过误差不超过1o；2）相角裕度为）相角裕度为45o3o；3）幅值裕度不低于）幅值裕度不低于 10db；4）动态过程调节时间不超过）动态过程调节时间不超过3s。 画出校正前系统的开环幅、相频率特性曲线画出校正

30、前系统的开环幅、相频率特性曲线)2/1)(6/1 ()(sssKsGo10180)(limsKssGKosvsradtKsc/2 . 3/020) 1sin/1 (5 . 2) 1sin/1 (5 . 12K系统剪切频率估算系统剪切频率估算o4505. 30K)(L)(04040o90o180o27080801 . 011010001. 0dbh5 .114 .12co552 . 3c2 . 34 .12c004555 dbh105 .11结论：结论：闭环系统不稳定，不满足要求。闭环系统不稳定，不满足要求。校正装置选择校正装置选择串联超前校正行吗？串联超前校正行吗？结论：与例结论：与例6-4相

31、似，串联超前校正不能使系统满足要求。相似，串联超前校正不能使系统满足要求。串联滞后校正行吗？串联滞后校正行吗？因系统要求剪切频率大于因系统要求剪切频率大于3.2，在，在 处，开环相位裕量仅约处，开环相位裕量仅约 4o，不考虑滞后校正装置的附加相位影响，肯定也不可能满足，不考虑滞后校正装置的附加相位影响，肯定也不可能满足 相角裕度要求。相角裕度要求。2 . 3综合结论：综合结论：采用滞后采用滞后超前校正超前校正串联滞后串联滞后超前校正原理超前校正原理利用滞后校正将中高频段的幅值衰减下来，用超前校正提高系统的利用滞后校正将中高频段的幅值衰减下来，用超前校正提高系统的 相角裕度。相角裕度。确定校正装

32、置的参数确定校正装置的参数u取开环幅频从取开环幅频从-20db/dec到到-40db/dec的转折频率，为超前部分的的转折频率，为超前部分的 交接频率交接频率 ；b目的：目的：使校正后系统的截止（使校正后系统的截止（剪切剪切）频率处于）频率处于-20db/dec频段；频段； 减少校正后系统的阶次（减少校正后系统的阶次（有零极点对消有零极点对消）。）。u在频率在频率 与校正前与校正前-40db/dec到到-60db/dec的转折频率之间，选的转折频率之间，选 择一点，使之满足校正后系统的频宽要求，作为择一点，使之满足校正后系统的频宽要求，作为 ；bc2/1/1bbT在在26之间，且大于之间，且大

33、于3.2，选择一点，作剪切频率。这一点离各转，选择一点，作剪切频率。这一点离各转 折频率应有一定距离。折频率应有一定距离。sradc/5 . 3 u由截止（剪切）频率处幅值为由截止（剪切）频率处幅值为1，确定滞后，确定滞后超前校正的超前校正的 ；)(lg20lg20ccbLTa34lg20a50au由相位裕度要求，确定滞后部分的转折频率由相位裕度要求，确定滞后部分的转折频率 ；)()(180)()(180coccocccoGGGa)01. 01)(6/1)(501 ()1 (180 )/1)(6/1)(1 ()1 ()()(sssTssTsTssTssTKsGsGaabaaoc)01. 0(t

34、an)6/(tan)50(tan90)(tan1801111cccaocaoTT)01. 0(tan)6/(tan90)(50149tan1121ccocacaTT28. 1bT校正后系统开环传递函数校正后系统开环传递函数)01. 01)(6/1)(9 .631 ()28. 11 (180)()(ssssssGsGoc验证校正后系统性能验证校正后系统性能截止频率截止频率sradsradc/2 . 3/24. 3相角裕度相角裕度ooo3455 .46幅值裕度幅值裕度dbdbh1028（剪切频率）（剪切频率） 串联综合法校正串联综合法校正根据前面的理论分析和实际经验，理想的开环传递函数的中频段，根

35、据前面的理论分析和实际经验，理想的开环传递函数的中频段， （即影响动态品质的频段，剪切频率处），应具有（即影响动态品质的频段，剪切频率处），应具有-20db/dec的的 幅值下降，为保证一定的相角裕度，这段频率范围应有一定宽幅值下降，为保证一定的相角裕度，这段频率范围应有一定宽 度，剪切频率应大致在这段频率范围的（几何）中部。度，剪切频率应大致在这段频率范围的（几何）中部。如右图所示，若系统在剪切频率如右图所示，若系统在剪切频率 处具有这样的形状，应可认为处具有这样的形状，应可认为 是一种理想的形状。设计系是一种理想的形状。设计系 统，可以形成把这样的形状，统，可以形成把这样的形状， 当作设计

36、目标。当作设计目标。020200o90o180c32m具有这种开环特性的最简单系统具有这种开环特性的最简单系统 为为)/1 ()/1 ()(322sssKsG下面分析这个系统的各项性能指标与转折频率的关系。下面分析这个系统的各项性能指标与转折频率的关系。mcmjG/)(相位裕度相位裕度若记若记 为中频段为中频段-20db/dec频段的宽度，则频段的宽度，则)/(tan)/(tan)(312132m23231sin)(mm23/H11sin1HHm2222)1 ()(1)()(YXYXjGjGM222222)1 (YXYMXM222222)1()1(MMYMMX截止频率与最大相位裕度的关系截止频

37、率与最大相位裕度的关系开环与闭环品率特性满足开环与闭环品率特性满足即即或或等等M M圆：圆：开环频率特性在一开环频率特性在一个圆上，对应的闭环幅值相个圆上，对应的闭环幅值相等，为等，为M M。mcmjG/)(12121MM1211MMmc由前述知由前述知画开环特性与等画开环特性与等M圆如右图圆如右图取取11 MMr由图知由图知cm近似认为近似认为mcmr由闭环特性与开环特性的关系有由闭环特性与开环特性的关系有sin/1rM由图可得由图可得1/)(/2rrmmcMMjG11sin1HHm由由可得可得11HHMr或或11rrMMH由以上关系，可得由以上关系，可得122Hc123HHc例例6-6：设

38、控制系统传递函数为设控制系统传递函数为要求系统满足性能指标要求系统满足性能指标)005. 01)(01. 01)(02. 01)(1 . 01 ()(sssssKsGvo1）误差系数）误差系数00C200/11C2）超调量）超调量%30% 3）调节时间）调节时间sts7 . 04）幅值裕度）幅值裕度dbh6绘制系统期望特性。绘制系统期望特性。将时域性能转换成频域性能将时域性能转换成频域性能解：解：根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益根据系统的稳态误差要求，确定系统的开环增益11200/1sCKv) 1sin/1 (4 . 016. 0csKt/083. 2) 1sin/1 (5 . 2)

39、 1sin/1 (5 . 1220K由由得得o8 .47由由得得7 .12c取为取为sradc/13取为取为o50计算中频段宽度计算中频段宽度计算期望系统的转折频率计算期望系统的转折频率5 . 7sin1sin1H04. 3122Hc9 .22123HHc0404080801 . 01101001000c取为取为3 . 125033 . 12503)(L画出图形，确定出其他部分画出图形，确定出其他部分 串联工程设计方法串联工程设计方法将系统进行简化，然后将系统进行简化，然后P或或PI或或PID控制器将闭环传递函数设计成控制器将闭环传递函数设计成)/1 (/ )/1 ()(322sssKsG并将

40、其参数设置得使系统具有最佳性能。按最佳性能的不同提法，并将其参数设置得使系统具有最佳性能。按最佳性能的不同提法， 有三阶最佳设计法和最小有三阶最佳设计法和最小 设计法。设计法。rM三阶最佳设计三阶最佳设计将参数配制成如下，称为三阶最佳系统将参数配制成如下，称为三阶最佳系统4/3223TTH238/1TK 例待校正系统为例待校正系统为)1 (/)(0sTsKsGoo用用PI校正校正TsssGc/ )1 ()(参数为参数为04T208TKTo例待校正系统为例待校正系统为)1)(1/()(0201sTsTKsGoo将系统简化为将系统简化为用上例方法处理用上例方法处理0201TT)1 (/)(0201

41、sTsTKsGoo例待校正系统为例待校正系统为)1)(1 (/)(0201sTsTsKsGoo用用PID校正校正TssssGc/ )1)(1 ()(21参数为参数为011T2028TKTo0224T或或021T2018TKTo0124T例待校正系统为例待校正系统为)1)(1)(1/()(030201sTsTsTKsGoo020103,TTT将系统简化为将系统简化为用上例方法处理用上例方法处理)1)(1 (/)(020103sTsTsTKsGoo更高阶系统更高阶系统将系统近似为将系统近似为然后处理然后处理)1)(1 (/)(0201sTsTsKsGoo最小最小 设计设计rM将参数配制成如下，称为

42、最小将参数配制成如下，称为最小 设计设计3223/TTH2322/ ) 1(THHKH通常取为通常取为5rM1.1.反馈校正的原理与特点反馈校正的原理与特点2.2.测速测速超前网络反馈校正超前网络反馈校正3.3.综合法反馈校正综合法反馈校正也就是说，也就是说，1）反馈校正系统中，被反馈控制器包围的特性，基本）反馈校正系统中，被反馈控制器包围的特性，基本 不影响系统的动态过程；不影响系统的动态过程；2）反馈校正，一般不会影响系统的静）反馈校正，一般不会影响系统的静 态性能。态性能。 反馈校正的原理与特点反馈校正的原理与特点一个典型的反馈校正系一个典型的反馈校正系 统如右图，其开环传统如右图，其开

43、环传 递函数为递函数为反馈校正原理：反馈校正原理：将系统中对性能改善有重大影响的环节，用反馈校将系统中对性能改善有重大影响的环节，用反馈校 正装置包围起来，形成一个局部反馈回路（内回路、副回路）。正装置包围起来，形成一个局部反馈回路（内回路、副回路）。 在内回路开环幅值远大于在内回路开环幅值远大于1时，局部反馈回路的特性与被包围的时，局部反馈回路的特性与被包围的 环节无关，由反馈校正装置决定。适当调整反馈校正装置的参数环节无关，由反馈校正装置决定。适当调整反馈校正装置的参数 就可保证系统的总体性能。就可保证系统的总体性能。在中高频段，一般都有在中高频段，一般都有)(sR)(sC)(1sG)(2sG)(sGc)(1sR)()(1)()()(221sGsGsGsGsGc1)()(2jGjGc此时此时)(/ )()(1sGsGsGc在低频段，一般有在低频段，一般有1)()(2jGjGc此时此时)()()(21sGsGsG反馈校正特点反馈校正特点削弱非线性特性的影响削弱非线性特性的影响减小系统的时间常数减小系统的时间常数降低系统对参数变化的敏感度降低系统对参数变化的敏感度抑制系统噪声抑制系统噪声