《线性系统的校正》PPT课件

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1、第六章自动控制系统的校正 控 制 系 统不 可 变 部 分执 行 机 构被 控 对 象检 测 装 置 可 变 部 分放 大 器 、 校 正 装 置迫 使 系 统 满 足 给 定 的 性 能(设 计 系 统 ) 根 据 被 控 对 象 及 其 控 制 要 求 ， 选 择 适 当 的 控 制 器 及控 制 规 律 设 计 一 个 满 足 给 定 性 能 指 标 的 控 制 系 统 。： 通 过 改 变 系 统 结 构 ， 或 在 系 统 中 增 加附 加 装 置 或 元 件 对 已 有 的 系 统 （ 固 有 部 分 ） 进 行 再设 计 使 之 满 足 性 能 要 求 。控 制 系 统 的 设

2、计 本 质 上 是 寻 找 合 适 的 校 正 装 置(校 正 装 置 ) 在 前 面 几 章 中 我 们 详 细 讨 论 了 分 析 控 制 系 统 的方 法 ， 同 时 也 了 解 了 衡 量 一 个 系 统 性 能 好 坏 的 标 准 。如 果 系 统 是 稳 定 的 ， 那 么 衡 量 系 统 性 能 的 标 准 有 两个 方 面 ： 稳 态 性 能 指 标 和 暂 态 性 能 指 标 。 时 域 频 域稳 态 稳 态 误 差 开 环 增 益 ， 积 分 环 节 个 数 上 升 时 间 相 角 裕 量暂 态 超 调 量 增 益 裕 量 峰 值 时 间 谐 振 峰 值 调 节 时 间 截

3、 止 频 率sre rt pMpt GMrMbst c 串 联 校 正并 联 校 正 （ 反 馈 校 正 ） 复 合 （ 前 馈 、 顺 馈 ） 校 正 校 正 方 式 选 择 需 要 考 虑 的 因 素 系 统 中 信 号 的 性 质 ； 技 术 方 便 程 度 ； 可 供 选 择 的 元 件 ； 其 它性 能 要 求 （ 抗 干 扰 性 、 环 境 适 应 性 等 ） ； 经 济 性 串 联 校 正 的 特 点 设 计 较 简 单 ， 容 易 对 信 号 进 行 各 种 必 要 的 变 换 ， 但 需 注 意 负 载 效 应 的 影 响 。反 馈 校 正 的 特 点 可 消 除 系 统 原

4、 有 部 分 参 数 对 系 统 性 能 的 影 响 ， 元 件 数 也 往 往 较 少 。同 时 采 用 串 、 并 联 校 正 性 能 指 标 要 求 较 高 的 系 统 。 PID (Proportional Integral Derivative )控 制 ：对 偏 差 信 号 e(t)进 行 比 例 、 积 分 和 微 分 运 算 变 换 后形 成 的 一 种 控 制 规 律 。 ProportionIntegralDerivative P、 PI、 PD 或 PID 控 制 适 用 于 数 学 模 型 已 知 及 大 多 数 数 学 模 型 难 以 确 定 的 控 制 系 统 或

5、过 程 。 PID 控 制 参 数 整 定 方 便 ， 结 构 灵 活 pc KsE sUsG )( )()( pc KjG )( pc KL lg20)( 0)( c比 例 控 制 器 实 质 是 一 种 增 益 可 调 的 放 大 器 对 系 统 性 能 的 影 响 正 好 相 反 。Kp1 开 环 增 益 加 大 ， 稳 态 误 差 减 小 ； 幅 值 穿 越 频 率 增 大 ， 过 渡过 程 时 间 缩 短 ； 系 统 稳 定 程 度 变 差 。原 系 统 稳 定 裕 量 充 分 大 时 才 采 用 比 例 控 制 。Kp1 微 分 控 制 具 有 预 测 特 性 。 Td 就 是 微

6、 分 控 制 作 用 超 前 于 比 例 控 制 作 用 效果 的 时 间 间 隔 。 sTKsE sUsG dpc )( )()(！ 微 分 控 制 不 可 能 预 测 任 何 不 存 在 的 作 用 。 转 折 频 率 1=1/Td预 先 作 用 抑 制 阶 跃 响 应 的 超 调 缩 短 调 节 时 间sTsE sUsG dc 1)( )()( dc jTjG 1)( 221lg20)( dc TL ）（ dc Ttgarc)( 若 取 =1pK 相 位 裕 量 增 加 ， 稳 定 性 提 高 ；c增 大 ， 快 速 性 提 高Kp 1时 ， 系 统 的 稳 态 性 能 没 有 变 化

7、。高 频 段 增 益 上 升 ， 可 能 导 致 执 行 元 件 输 出 饱 和 ， 并 且 降 低 了 系 统 抗 干 扰 的 能 力 ；单 独 的 微 分 控 制 仅 仅 在系 统 的 瞬 态 过 程 中 起 作用 ， 一 般 不 单 独 使 用 。 PD控 制 通 过 引 入 微分 作 用 改 善 了 系 统 的动 态 性 能 调 节 Ti 影 响 积 分 控 制 作 用 ；调 节 Kp既 影 响 控 制 作 用 的 比 例 部 分 ， 又 影 响 积 分 部 分 。sTsTKsTKsE sUsG iipipc 11)( )()( 由 于 存 在 积 分 控 制 ， PI控 制 器 具

8、有 记 忆 功 能 。 sTsE sUsG ic 11)( )()( i ic jTjTjG 1)( iic gTTL 201lg20)( 22 90arc)( ic tgT 转 折 频 率 1=1/Ti一 个 积 分 环 节 提 高 系 统 的 稳 态 精 度一 个 开 环 零 点 弥 补 积 分 环 节 对 系 统 稳 定 性 的 不 利 影 响若 取 =1pK Kp 1系 统 型 次 提 高 ， 稳 态 性 能 改 善 。相 位 裕 量 减 小 ， 稳 定 程 度 变 差 。 Kp 1系 统 型 次 提 高 ， 稳 态 性 能 得 到 改 善系 统 从 不 稳 定 变 为 稳 定 （ 稳

9、 定 性 变 好 ）c减 小 ,快 速 性 变 差 通 过 引 入 积 分 控 制 作 用 以 改 善 系 统 的 稳 态 性 能 。通 过 比 例 控 制 作 用 来 调 节 积 分 作 用 所 导 致 相 角 滞后 对 系 统 的 稳 定 性 所 带 来 的 不 利 影 响 。由 于 导 致 引 入 PI控 制 器后 ， 系 统 的 相 位 滞 后 增 加 ， 因 此 ， 若 要 通 过 PI控 制器 改 善 系 统 的 稳 定 性 ， 必 须 有 Kp 1， 以 降 低 系 统的 幅 值 穿 越 频 率 。 090)( 1 ic Ttg sT sTsTsTsTKsE sUsG dipc

10、2 21 )11)(11(1)( )()( 421 22,1 idpd TTKKTT p 一 个 纯 积 分 环 节 提 高 稳 态 精 度两 个 负 实 部 零 点 提 高 动 态 性 能 Kp 1 i diidic jjjTjTjG 2111)( iidicL lg20)1(lg20)( 2222 901)( 21 diic tg ddii TT 1,1 在 低 频 段 ， PID控 制 器 通 过 积 分 控 制 作 用 ,改 善 了 系 统 的 稳 态 性 能 ；在 中 频 段 ， PID控 制 器 通 过 微 分 控 制 作 用 ,有 效 地 提 高 了 系 统 的 动 态 性 能

11、。 )(,lg20 )(,0 )(,lg20)( dd di iicL )(,90 )(,0 )0(,90)( dic近 似 有 ： 通 常 PID 控 制 器 中 i Td ） 无 源 校 正 网 络 ： 阻 容 元 件优 点 ： 校 正 元 件 的 特 性 比 较 稳 定 。缺 点 ： 由 于 输 出 阻 抗 较 高 而 输 入 阻 抗 较 低 ， 需 要 另 加 放 大 器 并 进 行 隔 离 ; 没 有 放 大 增 益 ， 只 有 衰 减 。有 源 校 正 网 络 ： 阻 容 电 路 +线 性 集 成 运 算 放 大 器优 点 ： 带 有 放 大 器 ， 增 益 可 调 ， 使 用 方

12、 便 灵 活 。缺 点 ： 特 性 容 易 漂 移 。 KsGc )(1 21 2 KRRRK 2R 1R1u 2u 12RRK 2u1u 1R 2R0R 111)( saTTsasGc 111)( )()( saTTsasU sUsG ioc 12 21 R RRa 11CRT )1()( )( 1112 sCRRRsU sUio )1()( 1 sTKsG pc 111 CRT 12RRKp 111)( saTTsasGc 1| )1(1)( TsasGc采 用 阻 容 网 络 实 现 PD校 正 装 置 时 的 取 值1） 受 超 前 校 正 装 置 物 理 结 构 的 限 制 ；2）

13、太 大 ， 通 过 校 正 装 置 的 信 号 幅 值 衰 减 太 严 重 。近 似 地 实 现 PD控 制实 用 微 分 校 正 电 路一 般 取 20 111)( saTTsasGc 整 个 系 统 的 开 环 增 益 下 降 倍 。 为 满 足 稳 态 精 度 的 要 求 ，必 须 提 高 放 大 器 的 增 益 予 以 补偿 。近 似 PD校 正 装 置 在 整 个 频率 范 围 内 都 产 生 相 位 超 前 。相 位 超 前 校 正 。串 联 校 正 时 Tadd m 0转 角 频 率 1/T，/T的 几 何 中 点 11sin0 1 aadd m mma sin1 sin1 m

14、=20时 ， m65高 通 滤 波 特 性 ， 值 过 大对 抑 制 系 统 高 频 噪 声 不 利 。 相 位 超 前 系 统 带 宽 动 态 性 能 噪 声 为 保 持 较 高 的 系 统 信 噪 比 ， 通常 选 择 10(此 时 m=55 )。 最 大 超 前 角 使 中 频 段斜 率 减 小在 1/T 和 a/T间 引 入 相 位超 前 11)( aTsTssGc 222 21 , CRTRRRa )11()11(1 11)( TsKTsa aTsTssG pc )11()( )( TsKsU sU pio 22CRT 12RRKp 11)( aTsTssGc 在 整 个 频 率 范

15、 围 内 相 位 都 滞 后 ， 相 位 滞 后 校 正 。aTdd m 10 转 角 频 率 1/T， 1/T的 几 何 中 点 。开 环 对 数 频 率 特 性 的 中高 频 部 分 增 益 交 界 频 率 稳 定 裕 量 串 联 校 正 时 开 环 对 数 频 率 特 性 的 低频 部 分 稳 态 精 度 11sin0 1 aadd m )sin(1 )sin(1 mma 越 大 ， 相 位 滞 后 越 严 重 。应 尽 量 使 产 生 最 大 滞 后 相 角的 频 率 m远 离 校 正 后 系 统 的幅 值 穿 越 频 率 c， 否 则 会 对 系统 的 动 态 性 能 产 生 不 利

16、 影 响 。 对 于 稳 定 的 系 统 提 高 稳 态 准 确 度 ，1/T 和 1/aT 向 左 远离 c， 使 c附 近 的 相 位不 受 滞 后 环 节 的 影 响 。对 于 不 稳 定 的 系 统增 益 降 低 使 得 c减 小 。滞 后 校 正 装 置 实 质 上是 一 个 低 通 滤 波 器 ，它 对 低 频 信 号 基 本 上无 衰 减 作 用 ,但 能 削 弱高 频 噪 声 ， 越 大 ， 抑制 噪 声 能 力 越 强 。 通 常选 = 10左 右 。 1111)( 2211 saTsTsaT sTsGc 滞 后 -超 前 校 正 2 21R RRa 111 CRT 222

17、CRT 1)( )1)(1()( 21221 21 saTTsTT sTsTsGc )( 11)( )( 21 212121 sTT TTsTTTT sU sUG ioc 111 CRT 222 CRT 21CR 1)( )1)(1()( 21221 21 saTTsTT sTsTsGc 1,12 aTT PID校 正2121 aTaTaTT 1111)( 2211 saTsTsaT sTsGc 滞 后 -超 前 校 正 1111)( 2211 sTsTsT sTsGc 前 半 段 是 相 位 滞 后部 分 ,由 于 具 有 使 增益 衰 减 的 作 用 ， 所 以允 许 在 低 频 段 提

18、高 增益 ， 以 改 善 系 统 的 稳态 性 能 。后 半 段 是 相 位 超 前部 分 ,可 以 提 高 系 统的 相 位 裕 量 ,加 大 幅值 穿 越 频 率 ， 改 善 系统 的 动 态 性 能 。 波 特图 1、 控 制 系 统 的 暂 态 性 能 指 标 上 升 时 间 tr、 超 调 量 Mp、 调 节 时 间 ts 谐 振 峰 值 Mr、 谐 振 频 率 r、 带 宽 bc系 统 的 增 益 裕 度 G m、 相 角 裕 度 (c) 2、 控 制 系 统 的 带 宽 频 率 的 确 定 nbs 5.05 s0 hn mb 2.0 )2(2 11)2( 1)1)(12( 1 2

19、 11)( 1)1()1)(1( 1 211)( 11 2111 212121221 1121 212 1 ssss ssss sse se ni ini inss 低 频 段 (第 一 个 转 折 频 率 1之 前 的 频 段 ) 稳 态 性 能中 频 段 (1 10c) 动 态 性 能高 频 段 (10c 以 后 的 频 段 ) 抗 干 扰三 频 段 低 频 段 vjjG )( K)( lglg)( 20vK20L 稳 态 误 差 （ 精 度 ）0型 系 统 Kp K； Kv Ka 0I型 系 统 Kp ； Kv K ； Ka 0II型 系 统 Kp ； Kv ； Ka= K 中 频 段

20、反 映 系 统 的 稳 定 性 和 快 速 性中 频 段最 小 相 位 系 统的 相 位 裕 量 中 频 段 的 斜 率高 频 段 的 斜 率中 频 段 的 带 宽低 频 段 斜 率 中 频 带 宽 度 对 的 影 响 )(090 302111 31211101 ccc cccctgtg tgtgtgtg 12h 1、 2离 c越 远 ， 即 h= 2/1越 大 ， 相 位 裕 量 越 大 。相 位 裕 量 最 大 时 hhc 1221 hhtghtghtgc 2 11)( 111max 一 个 设 计 合 理 的 系 统 的 三 频 段中 频 段 的 斜 率 以 20dB为 宜 ；低 频 段

21、 和 高 频 段 可 以 有 更 大 的 斜 率 低 频 段 斜 率 大 ， 提 高 稳 态 性 能 ； 高 频 段 斜 率 大 ， 排 除 干 扰 。但 中 频 段 必 须 有 足 够 的 带 宽 ， 以 保 证 系 的 相 位 裕 量 ， 带 宽 越 大 ， 相 位 裕 量 越 大 。 c的 大 小 取 决 于 系 统 的 快 速 性 要 求 。c大 快 速 性 好 ， 但 抗 扰 能 力 下 降 。 c相 频 超 前 系 统 带 宽 稳 定 裕 度 205 00 mmm a sin1 sin10 alg10 ）即 m ( c )2(4)( ss KsGo设 一 具 有 单 位 反 馈 的

22、 控 制 系 统 ， 其 开 环 传 递 函 数 为要 求 设 计 串 联 超 前 校 正 装 置 ， 使 系 统 具 有 静 态 速 度 误 差系 数 Kv等 于 20s 1， 相 位 裕 度 不 小 于 50 。 mm TT 21 1 （ 1） 根 据 误 差 等 稳 态 指 标 的 要 求 ， 确 定 系 统 的 开 环 增 益 K202)15.0( 2lim)(lim 00 Kss KsssGK sosv 10K)15.0( 20)( jjjGo（ 2） 画 出 伯 德 图 ， 计 算 未 校 正 系 统 GO（ j )的 相 位 裕 量 17)(1803.6 coc 38517500

23、0 2.438sin1 38sin1sin1 sin1 mm（ 4） 计 算 校 正 网 络 系 数 （ 5） 确 定 校 正 后 系 统 的 剪 切 频 率 2.62.4lg10lg20 aLm 9 Tacm （ 6） 确 定 超 前 网 络 的 转 角 频 率 1、 2 4.182.49 41.42.491 21 aTa aT mm （ 7） 画 出 校 正 后 的 伯 德 图 ， 验 算 相 角 稳 定 裕 度（ 8） 验 算 其 它 性 能 指 标 ?50 （ 9） 写 出 校 正 装 置 的 传 递 函 数 1054.0 1227.014.18 141.411)( sssssaTTs

24、sGc 5.50)9*054.0()9*5.0(90)9*227.0(180 1054.0 1227.0)15.0( 20)()()( 111 tgtgtg sssssGsGsG cs（ 10） 提 出 实 现 形 式 ， 并 确 定 网 络 参 数1 1 C F 227101 227.0 611 CTR 7112.4227112 aRR （ k ）（ k ） 增 益 裕 量 ： +分 贝相 位 裕 量 ： 50增 益 穿 越 频 率 ： 6.3/s9/s闭 环 谐 振 频 率 ： 6/s7/s谐 振 峰 值 :31.29 G(j)Gs(j)Mr=1.29 Mr=3 jVU667443 3满

25、足 稳 态 要 求带 宽 增 加 、 响 应 加 快1.系 统 稳 定2.稳 态 误 差 满 意3.瞬 态 响 应 不 满 意 1.要 求 提 供 的 相 角 裕 度 太 大2.未 校 正 系 统 相 角 在 剪 切 频 率 急 剧 减 小 2222 )(1801510 cc aaL C lg20)( 2 1051 222 ccT 设 一 具 有 单 位 反 馈 的 控 制 系 统 ， 其 开 环 传 递 函 数 为要 求 设 计 串 联 滞 后 校 正 装 置 ， 使 系 统 满 足 下 列 性 能 指 标 ：)15.0)(1()( sss KsGo 15.0405 sK cv （ 1） 根

26、 据 给 定 的 稳 定 误 差 或 误 差 系 数 ,确 定 系 统 的 开 环 增 益5)125.0)(1(lim)(lim 00 Ksss sKssGK sosv )125.0)(1( 5)( ssssGo（ 2） 确 定 未 校 正 系 统 的 相 角 稳 定 裕 量 1.5)24.225.0(24.290180 24.250)( 1 arctgarctgKL c 2、 c附 近 的 Gs(j) 的 相 角 减 小 很 快 滞 后 校 正1、 须 增 加 的 相 位 裕 度 量 较 大3、 未 提 出 频 宽 要 求 （ 3） 选 择 新 的 c 552 12222 52.05525.

27、090180 sarctgarctg ccc （ 5） 选 择 校 正 网 络 的 交 接 频 率 1.0552.051 22 cT 1062.952.0 5log2052.0 5log20 aa 01.0101.01 21 aaT (6) 画 出 校 正 后 伯 德 图（ 7） 验 算 其 它 性 能 指 标 （ 8） 写 出 校 正 装 置 的 传 递 函 数（ 9） 提 出 实 现 形 式 ， 并 确 定 网 络 参 数1s100 1s10sGc )( 1 2 C 100101 10 622 CTR 900)1(21 RR （ k ）（ k ） F 超 前 校 正 频 带 增 宽 ,动

28、态 品 质 改 善 ,稳 态 性 能 改 善 小滞 后 校 正 带 宽 降 低 、 响 应 减 慢 ,稳 态 特 性 改 善 大超 前 部 分 ： 相 位 超 前 并 在 c点 上 增 大 了 相 位 裕 量滞 后 部 分 ： 在 低 频 段 上 增 加 增 益滞 后 超 前 校 正 )13757.0237()12()( 2222 sss KTssTs KsGs 375vK 48 125 sc单 位 负 反 馈 其 开 环 传 递 函 数试 设 计 一 校 正 装 置 ， 使 其 满 足 下 列 指 标 ： (1） 根 据 给 定 的 稳 态 误 差 或 误 差 系 数 ，确 定 系 统 的

29、开 环 增 益 375)13757.0237(lim)(lim 2200 sss sKssGK sssv 375K)13757.0237( 375)( 22 ssssGs（ 2） 确 定 未 校 正 系 统 的 相 位 裕 量 和 增 益 裕 量系 统 稳 定稳 态 性 能 不 满 意瞬 态 性 能 不 满 意25 c 35 滞 后 超 前 校 正 （ 3） 超 前 校 正 环 节cm 2512)3548( m 5.225sin1 25sin1sin1 sin12 mm 063.0255.2 22 mT 025.022 T 1025.0 1063.05.21111)( 22222 sssT s

30、TsGc 5.2 2 K附 加 一 放 大 倍 数 为 的 放 大 器 （ 4） 滞 后 校 正 环 节超 前 校 正 附 加 放 大 器在 处 滞 后 校 正 引 起 的 滞 后 足 够 小dB KLLa cscs 5.29845.25 lg20lg20)()(lg20 21 7.291cT 2.01 1 2.02551 T 85.511 T 185.5 12.011)( 1111 sssTsTsGc 185.5 12.01025.0 1063.05.215.2)( sssssGc 1s855 1s201s0250 1s06301s37570237ss 375 sGsGsG 22 cs .)

31、.( )()()( （ 5） 确 定 校 正 装 置 参 数（ 6） 校 验 25 c 48 375vK s 1s 1 631 R 422 R 5653 R 204 R11 C 102 C F Fk kk k 1、 利 用 反 馈 补 偿 取 代 局 部 结 构)(0 sG )(sGc )()(1 )()( 0 0 sGsG sGsG c 1)()( 0 jwGjwG c)(1)( jwGjwG c )(1)( sGsG c若 在 系 统 工 作 频 段 内 ， 满 足 ：那 么 ： 常 见 的 反 馈 补 偿 形 式 2、 降 低 对 参 数 变 化 的 敏 感 度3、 反 馈 补 偿 的

32、功 能 （ 1） 可 以 扩 展 系 统 的 频 带 宽 度 ， 加 快 响 应 速 度 ； （ 2） 可 以 减 弱 被 反 馈 包 围 部 分 环 节 对 控 制 性 能 的 不 利 影 响 ； （ 3） 与 串 联 补 偿 ， 成 本 较 高 。 串 联 校 正 比 反 馈 校 正 简 单 ， 但 串 联 校 正 对 系 统元 件 特 性 的 稳 定 性 有 较 高 的 要 求 。 反 馈 校 正 对 系 统 元 件 特 性 的 稳 定 性 要 求 较 低 ，因 为 其 减 弱 了 元 件 特 性 变 化 对 整 个 系 统 特 性 的 影响 。反 馈 校 正 常 需 由 一 些 昂 贵

33、 而 庞 大 的 部 件 所 构 成 ，对 某 些 系 统 可 能 难 以 应 用 。反 馈 校 正 与 串 联 校 正 的 比 较！ 反 馈 校 正 可 以 起 到 与 串 联 校 正 同 样 的 作 用 ，且 具 有 较 好 的 抗 噪 能 力 。 反 馈 校 正 的 综 合)()(1 )()()(1 )()()()( 22 321 sHsG sGsHsG sGsGsGsG cscds )()(1lg20)()( 2 jHjGLL csds )()()()( 321 sGsGsGsGs )()()()(1lg20 2 dssc LLjHjG 1)()(2 jHjG c )()(lg20)(

34、)(1lg20 22 jHjGjHjG cc )()()(lg20)(2 dssc LLjHL )()()()(lg20 2 LLLjH dssc 注 意由 于 |G2(j )Hc(j )| 1， 故 在 受 校 正 频 段Hc() + L2() Ls() Lds() 0Ls() Lds()越 大 ， 校 正 装 置 精 度 越 高 。局 部 反 馈 回 路 必 须 稳 定 。 )()()()(lg20 2 LLLjH dssc 实 际 设 计 时 ， 也 可 先 采 用 串 联 校 正 方 法 得 到 满 意的 已 校 开 环 传 递 函 数 ， 然 后 用 等 效 的 局 部 反 馈 校

35、正来 实 现 。（ 分 析 法 ） 预 先 选 择 参 数 待 定 的 反 馈 校 正 装 置 ，根 据 性 能 要 求 通 过 分 析 法 确 定 参 数 。 某 高 炮 电 气 液 压 跟 踪 系 统 为 一 个 二 阶 无 差 系 统 ， 其 原 理方 块 图 如 图 所 示 。 试 设 计 一 反 馈 校 正 装 置 ， 并 使 系 统 满 足下 列 品 质 指 标 ：（ 1） 系 统 在 最 大 跟 踪 速 度 及 最 大 跟 踪 加 速 度 时 ,系 统 的 最 大 误 差 ；（ 2） 在 单 位 阶 跃 信 号 作 用 下 ， 系 统 的 瞬 态 响 应 时 间 超 调 量 ；

36、s/18 2/3 s 42.0me sts 2.1%30 （ )042.01)(0072.01)(146.01( 25100)()()()( 2321 sssssGsGsGsGs 当 时 ， dB转 角 频 率 依 次 为1 8825100lg20)1( sL 11 85.6146.0 1 s 12 8.23042.0 1 s 13 1390072.0 1 s 该 系 统 为 一 个 II型 系 统 ， 属 于 结 构 不 稳 定 的 系 统 。（ 1） 绘 制 系 统 固 有 对 数 频 率 特 性 Ls() （ 2） 绘 制 希 望 特 性 Lds()3.0)1(4.016.0 rM 35

37、.1rM 8.471arcsin rM 8.68.47sin1 8.47sin1sin1 sin1 h 2.1)1(5.2)1(5.12 2 rrcs MMt 中 频 段 ： 主 要 确 定 增 益交 界 频 率 和 中 频 段 长 度求 得 增 益 交 界 频 率 c=7.4s-1 ;考 虑 到 一定 裕 量 ， 取 c=7.8s-1 希 望 特 性 的 中 频 段过 =c=7.8s-1 作 斜 率 为 20dB/dec直 线 ， 考 虑到 c 增 加 ， 故 选 2=2.4s-1 3=23.8s-1(=Ls() 的 一 个 转 角 频 率 )中 频 段 实 际 宽 度 : 8.69.9h

38、23 绘 制 低 频 段 ：过 2=2.4s-1的 垂 线 与 中频 段 的 交 点 ， 作 40dB/dec与 中 频 段 联 接希 望 特 性 的 低 频 段 可 满足 要 求 。 绘 制 高 频 段 ： 处 ， 40dB/dec线 处 ， 60dB/dec线以 后 就 与 重合 了 。 希 望 特 性 验 算 ，在 交 界 频 率的 相 位 裕 量满 足 给 定 的 要 求 。8.233 4.45 139)(sL )(dsL 18.7 sc 5.47 1)()(1lg20 2 jHjG c )j(Hlg20)(L )j(H)j(Glg20 )j(H)j(G1lg20 )(L)(L c2

39、c2 c2dss 在 中 、 低 频 段(3) 绘 制L2()+20lg|Hc(j )| 高 频 段由 20dB/dec转 折 至 横 轴 有380 )()(1lg20 2 jHjG c 38011lg20)()(1lg20 2 jjHjG c 3801lg20)()(lg20 2 jjHjG c 故 =380处 不 转 折 ， 向 高 频处 延 长 )j(Hlg20)(L c2 相 当 于 一 个 积 分 环 节 小 闭 环 的 相 位 裕 量380 )(lg20)(2 jHL c 81 （ 4） 得 反 馈 校 正 装 置 特 性 sT sTKsHc 1 21 )1()( 374.068.

40、21 1 T 022.05.4512 T 111.010 2019 K s ssHc 37.01 )022.01(111.0)( )()()()(lg20 2 LLLjH dssc 基 于 误 差 控 制 的 缺 点只 有 当 系 统 产 生 误 差 或 干 扰 产 生 影 响 时 ， 系 统 才 被 控 制 以 消 除 误 差 的 影 响 。 若 系 统 包 含 有 很 大 时 间 常 数 的 环 节 ， 或 者 系 统 响 应 速 度 要 求 很 高 ， 调 整 速 度 就 不 能 及 时 跟 随 输 入 信 号 或 干 扰 信 号 的 变 化 。 从 而 当 输 入 或 干 扰 变 化

41、较 快 时 ， 会 使 系 统 经 常 处 于 具 有 较 大 误 差 的 状 态 。为 了 减 小 或 消 除 系 统 在 特 定 输 入 作 用 下 的 稳 态 误 差 ， 可 提 高 系 统 开 环 增 益 或 型 次 。 这 两 种 方 法 均 会 影 响 系 统 的 稳 定 性 。 通 过 适 当 选 择 系 统 带 宽 可 以 抑 制 高 频 扰 动 但 对 低 频 扰 动 无 能 为 力 。 特 别 是 存 在 低 频 强 扰 动 时 ， 一 般 的 反 馈 控 制 校 正 方 法 很 难 满 足 系 统 高 性 能 的 要 求 。 解 决 办 法 ： 引 入 误 差 补 偿 通

42、 路 ， 与 原 来 的 反 馈 控 制 一 起 进 行 复 合 控 制 。 复 合 控 制 ： 通 过 在 系 统 中 引 入 输 入 或 扰 动 作 用 的 开 环误 差 补 偿 通 路 （ 顺 馈 或 前 馈 通 路 ） ， 与 原来 的 反 馈 控 制 回 路 一 起 实 现 系 统 的 高 精 度控 制 。 顺 馈 或 前 馈 控 制 在 控 制 系 统 中 可 同 时 采 用 。从 抑 制 扰 动 ， 减 小 误 差 的 角 度 看 ， 复 合 控 制 可以 减 轻 反 馈 控 制 的 负 担 。 引 入 复 合 控 制 的 系 统 ， 反 馈 回 路 的 增 益 可 以取 得 小

43、 一 些 ， 从 而 有 利 于 系 统 稳 定 。顺 馈 或 前 馈 是 开 环 控 制 方 式 。 元 器 件 应 具 有 较 高 的 参 数 稳 定 性 。 否 则 将 削弱 补 偿 效 果 ， 并 给 系 统 输 出 造 成 新 的 误 差 。 按 输 入 (顺 馈 )补 偿 的 复 合 校 正系 统 的 偏 差 传 递 函 数 为 ： )()()(1 )()()(1)( )()( 21 2 sHsGsG sHsGsGsX sEs cie 若 选 择 ： )()( 1)( 2 sHsGsGc 0)( sE 即 误 差 完 全 通 过 顺 馈 通 路 得 到 补 偿 ， 系 统 既 没

44、有 动 态误 差 也 没 有 稳 态 误 差 ， 在 任 何 时 刻 都 可 以 实 现 输 出 立 即 复现 输 入 (不 变 性 原 理 )， 系 统 具 有 理 想 的 时 间 响 应 特 性 。 无 顺 馈 补 偿 时顺 馈 补 偿 后 ： )()()(1 )()()( )()( 21 21 sHsGsG sGsGsX sXs io )()()(1 )()()()( )()( 21 21 sHsGsG sGsGsGsX sXs cio 顺 馈 补 偿 不 改 变 系统 的 闭 环 特 征 多 项式 ， 即 顺 馈 补 偿 不改 变 系 统 的 稳 定 性顺 馈 补 偿 采 用 了开 环

45、 控 制 方 式 补 偿输 入 作 用 下 的 输 出误 差！ ！ 解 决 了 一 般 反 馈控 制 系 统 在 提 高 控 制精 度 与 保 证 系 统 稳 定性 之 间 存 在 的 矛 盾 。 按 扰 动 (前 馈 )补 偿 的 复 合 校 正 若 扰 动 信 号 可量 测 ， 则 可 采用 前 馈 补 偿 。扰 动 作 用 下 的 闭 环 传 递 函 数 为扰 动 作 用 下 的 误 差 为 )()()()(1 )()()()()( )()( 321 32 sHsGsGsG sGsGsGsGsN sXs nconn )()()()()(1 )()()()()()( 321 32 sNsH

46、sGsGsG sGsGsGsGsXsE nconn )( )()( 2 sG sGsG nc 0)( sEn 扰 动 前 馈 也 不 改 变 系 统 闭 环 特 征 方 程 ， 即 对 系统 稳 定 性 无 影 响 。主 要 扰 动 引 起 的 误 差 ， 由 前 馈 通 道 进 行 全 部 或部 分 补 偿 。次 要 扰 动 引 起 的 误 差 由 反 馈 控 制 予 以 抑 制 。 skskksG idpc )( )1005.0)(101.0)(12.0( 35)( sssssGo sssG c 2.0103)( s sssssGc 1032.02.0103)( 2 2345 2 215.00031.000001.0 3501057)()( ssss sssGsG Oc