第六章線性系統的校正方法6.1系統的設計與校正問題6.2

基本控制規律6.3頻率法串聯校正6.4頻率法反饋校正6.5控制系統的復合校正

控制系統迫使系統滿足性能要求(設計系統)系統組成常用校正方式：串聯校正、反饋校正、前饋校正、復合校正控制系統的設計任務校正(補償)：如果改變放大器增益仍不能滿足系統性能指標要求，則要改變系統結構，或在系統中增加附加裝置，對原系統（固有部分）再設計使之滿足性能要求。系統設計的本質是確定合適的校正裝置6.1系統的設計與校正問題不可變部分可變部分校正裝置執行機構檢測裝置前放、功放器校正裝置

控制精度穩態誤差ess過渡過程響應特性時域：上升時間tr、超調量σ%、調節時間ts頻域：諧振峰值Mr、截止頻率ωc、諧振頻率ωr、帶寬ωb相對穩定性 增益裕量Kg、相位裕量(c)擾動的抑制 帶寬ωb6.1.1性能指標

過渡過程響應特性時域：上升時間tr、超調量σ%、調節時間ts頻域：諧振峰值Mr、截止頻率ωc、諧振頻率ωr、帶寬ωb6.1.1性能指標

6.1.2系統帶寬的選擇如圖示典型閉環幅頻特性曲線低頻變化緩慢，頻率到某數值時，出現諧振（1）始值表征系統無差度,即低頻段反映系統穩態性能。理解：bode曲線低頻段反映了系統型別V和開環增益，而穩態誤差由它們決定，見P115.從相位裕度γ考慮，所在的開環中頻段斜率為-20dB/dec，同時中頻段要占據一定的頻率范圍，以確保系統參數變化時，相角裕度變化不大，通常γ=45o左右。當考慮較強的信噪比時，處的斜率應小于。另外，不同對應不同的，設計時應選擇切合實際的帶寬。過了中頻段，要求幅頻特性迅速衰減，以削弱噪聲，這是系統帶寬應考慮的。帶寬大可以復現輸入信號，但帶寬過大則引入噪聲。（3）和表征系統的快速性，和的值越大，越小。介于ωr和之間，也可用衡量系統的快速性。（2）表征系統的振蕩指標，越大，越大。一般，高頻迅速衰減

進入系統的信號既有r(t)，又有噪聲信號n(t)，如果r(t)的帶寬,n(t)的帶寬,則,且使處于之外。如圖示，帶寬能盡量復現r(t)且抑制n(t)。0φ(0)0.7.7?(0)0?(0)0.7.7?(0)00

6.1.3校正方式四種校正方式：串聯校正、反饋校正、前饋校正、復合校正串聯校正反饋校正前饋校正又稱順饋校正，是在主反饋之外的校正方式。對擾動進行補償的前饋對給定值進行整形、濾波后，送入反饋系統串聯校正控制器被控對象反饋校正前饋校正GO(s)控制器被控對象GO(s)前饋校正Gn(s)控制器被控對象GO(s)前饋校正可以單獨作用于開環系統，也可以作為反饋控制系統的附加校正而組成復合控制系統。

前饋－反饋復合校正校正方式選擇考慮的因素：信號性質；技術方便程度；供應的元件；其它要求（抗干擾、環境適應性、經濟性）。串聯校正：設計簡單，容易對信號進行變換，但需注意負載效應的影響；反饋校正：可消除系統原有部分參數對系統影響，元件數也較少；復合校正：性能指標要求較高的系統。前饋校正GN(s)控制器被控對象GO(s)前饋校正Gr(s)控制器被控對象GO(s)按擾動補償的復合控制按輸入補償的復合控制除此，還有串聯－反饋復合校正。

對偏差信號e(t)進行比例、積分和微分運算后形成的控制規律。比例控制（P）Proportional微分控制（D）積分控制（I）IntegralDerivative基本控制規律P、PI、PD或PID控制

PID控制參數整定方便，結構靈活6.1.4基本控制規律Ｐ、Ｉ、Ｄ的組合

一、比例控制（P）比例控制器是增益可調的放大器增大Kp，提高系統穩態精度，但又降低了系統的穩定性，甚至造成閉環不穩定。因此，很少單獨使用比例控制規律。KPG

(s)H

(s)KP

對系統性能的影響正好相反。Kp>1開環增益K加大，ess減小；增大，縮短；相位裕量減小,穩定程度變差。要求原系統穩定裕量充分大時才用比例控制。Kp<1

二、比例微分（PD）控制交接頻率

相位裕量增加，超調量減小，穩定性提高。

c增大，快速性提高。Kp＝1時，系統穩態性能沒有變化。高頻段增益上升，導致執行元件輸出飽和，降低抗干擾的能力。(缺點)PD控制引入一階微分,相位超前，改善系統的動態性能。G

(s)H

(s)

三、比例積分（PI）控制調節Ti

影響積分控制；調節Kp影響比例和積分部分。存在積分環節，PI控制器有記憶功能。轉折頻率

1=1/Ti一個積分環節

提高系統的穩態精度（系統型別提高）一個開環零點彌補積分環節對系統穩定性的不利影響

系統型別提高，穩態誤差減小。相角裕量減小，穩定性變差，甚至會造成不穩定。G

(s)H

(s)

四、（PID）控制規律Kp＝1增加兩個負實數零點

低頻段，通過積分控制作用,改善系統的穩態性能；中頻段，通過微分控制作用,提高系統的動態性能。通常PID控制器中

i<d（即Ti>τ）一般而論,開環頻率特性的低頻段表征閉環系統的穩態性能;中頻段表征閉環系統的動態性能;高頻段表征閉環系統的噪聲抑制性能.

五、用最佳二階系統法進行PID校正最佳二階系統:當阻尼比為0.707時的