第五章控制系統的校正與設計5.1控制系統的預期數學模型通過對控制系統的開環頻率特性與閉環性能之間關系的研究，可知一個好的控制系統，其對數幅頻特性曲線應滿足如下要求：1．低頻段：其斜率應為-20dB/dec或-40dB/dec，并具有一定的高度。低頻段反映控制系統的穩態精度。2．中頻段：其斜率應為-20dB/dec，穿越頻率足夠大，中頻有一定的寬度。中頻段反映系統的動態性能。3．高頻段：其分貝值應為負值，分貝值和斜率越負，系統抗干擾能力越強。 根據上述要求，理想控制系統的對數幅頻率特性曲線如圖所示，對應的控制系統分別稱為典型I型系統和典型II型系統。5.1控制系統的預期數學模型5.1控制系統的預期數學模型5.1控制系統的預期數學模型5.1.2典II型系統1．典II型系統的數學模型

典II型系統含有兩個積分環節、一個一階微分環節、一個慣性環節構成，是二階無靜差系統，其伯德圖如圖5-3所示。5.1控制系統的預期數學模型2．典II型系統的參數整定原則 由表可知，中頻寬值增大，系統的超調量減小，相位裕量增大，系統的平穩性和穩定性變好；但中頻寬過大時上升時間和調節時間增大，系統的快速性變差。系統設計時可根據設計要求選取相應的值。5.1控制系統的預期數學模型5.1.3兩種預期數學模型的比較5.1控制系統的預期數學模型5.2控制系統的校正當控制系統的實際數學模型與預期數學模型不一致時，就要在系統中附加一些裝置，改變系統的結構，從而改變系統的性能，使之滿足工程設計的要求，這種措施我們稱之為系統的校正。引入的附加裝置稱為校正裝置。系統中除校正裝置外的其它部分稱為系統的固有部分。控制系統的校正就是根據系統固有傳遞函數和對系統性能的要求，確定校正裝置的結構和參數。系統校正的一般方法是在系統的前向通道上串入校正裝置，它與系統固有傳遞函數綜合后得到預期的開環傳遞函數，這種校正方法稱為串聯校正。三、校正裝置（線性系統的基本控制器）一般由P、I、D控制器或電網絡組成。

1.P、I、D控制器（串聯前向通路中）①比例P控制：將比例控制作為校正裝置串在前向通路中

其作用：使開環增益提高，穩態誤差減小，且使原系統對數幅頻特性高度上升。相位裕度減小，降低相對穩定性。

5.2控制系統的校正可見：單獨引入比例控制不能使系統性能全面提高。

②積分控制 ：

可調

引入積分控制相當引入一積分環節，型別提高，從而可消除或減小穩態誤差，提高穩態性能。但積分控制器致系統相對穩定性較差，甚至不穩定。通常采用比例+積分控制（PI）。

5.2控制系統的校正③比例+積分控制（PI）

5.2控制系統的校正串聯前向通路中，低頻段下降，亦型別提高，穩態性能得到改善，對相位裕度有影響，但不大，可認為不相對穩定性影響不大，動態性能基本不變。

5.2控制系統的校正④比例+微分控制（PD）

串聯在前向通路中，使系統的相位超前，相對穩定性變好（變大）

幅頻特性中，高頻段增益加大，使增大，導致變大，響應速度快。

5.2控制系統的校正⑤比例加積分加微分控制（PID）

均為可調參數。

設

5.2控制系統的校正

（低頻數PI起作用）

低頻數：PI作用，使穩態性能改善高頻數：PD作用，使增加，快速性加強。

5.2控制系統的校正5.2控制系統的校正5.2控