控制系统的校正与设计 课件 .pdf

第6章控制系统的校正与设计

内容提要

控制理论包括系统分析和系统设计。针对系统的不同任务

会提出不同的性能要求，当系统的动态、稳态性能不能满

足工作要求时，就需要对原系统进行校正与设计。本章主

要介绍线性系统的基本控制规律，说明校正装置的原理及

其特性，并利用频域分析法对系统进行串联校正。简单介

绍反馈校正和复合校正的特点。

知识要点

线性系统的基本控制规律、无源校正网络、有源校正网络;

超前校正、滞后校正、滞后超前校正;反馈校正和复合校

正。

教学重点

重点掌握PID控制规律的特点，熟练掌握串联超前校正、

滞后校正、滞后-超前校正装置的特点及设计方法。

引言

1.线性控制系统理论的基本内容

系统建模：微分/差分方程、传递函数、方框图、信号流

图、频率特性、状态空间表达式等

系统分析：时域分析、频域分析、根轨迹分析、状态空

间分析等

系统综合：校正、状态空间综合法、鲁棒优化法等

2.控制系统设计和校正

设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，进行

控制器设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成

自动控制任务。

校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通

常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件

下，设计校正装置的传函和调整系统放大倍数，使系统动态

性能满足一定的要求。

两者区别：设计问题要求设计整个控制器(包括设备选型、可

靠性、经济性等实际问题)，而校正问题设计的只是控制器的

一部分（校正装置）。

3.校正问题的三要素

①系统基本部分（原有部分、固有部分）：被控对象、控制

器基本部分（放大元件、测量元件）。放大元件增益可调，

其余参数固定——给定

②系统的性能要求——给定

③校正装置：当通过调整放大元件增益仍不能满足系统性能

时，需要增加附加装置来改善系统性能——需设计（未知）

4.校正的实质

➢通过改变系统的零极点来改变系统性能。

•控制系统的组成

控制系统

不可变部分可变部分

执行机构

功率放大器放大器、校正装置

检测装置

(设计系统)

迫使系统满足给定的性能

5.校正装置的实现

通常是参数易于调整的专用装置（模电或数电装置）

校正方式多样化：串联校正、反馈校正、前馈补偿等

注意：校正方案不唯一

6．1概述

6．1．1系统的常见性能指标

评价控制系统优劣的性能指标是由系统在典型输入下输出响

应的某些特点统一规定的。

1、控制系统的性能指标

•稳态精度

稳态误差ess

•过渡过程响应特性

时域：上升时间tr、超调量σp、调节时间ts

频域：谐振峰值Mr、增益交界频率ωc、谐

振频率ωr、带宽ωb

•相对稳定性

增益裕量h、相位裕量()

c

•扰动的抑制

带宽ωb

二阶系统频域指标与时域指标的关系

谐振峰值Mr1/21−2(0.707)

谐振频率rn1−22(0.707)